C++17 STL Стандартная библиотека шаблонов

Книга по C++, которую вы держите в руках, научит вас максимально эффективно использовать C++17. В ней представлены примеры написания кода, основанные на языке С++ и его стандартной библиотеке шаблонов (Standard Template Library, STL). Поскольку в рассматриваемых здесь примерах STL применяется по максимуму, об этой библиотеке стоит сказать подробнее.

С++ — мощный язык. Он позволяет скрывать сложные решения за простыми высокоуровневыми интерфейсами, но в то же время дает возможность писать низкоуровневый код, для которого важны высокая производительность и незначительное потребление ресурсов. Комитет ISO по стандартизации C++ старательно работает над улучшением стандарта С++.

Сегодняшний С++ (сам язык и библиотека шаблонов) предоставляет средства для работы со сложными структурами данных и алгоритмами, предлагает возможность управления ресурсами с помощью автоматических указателей, а также поддерживает лямбда-выражения, константные выражения, переносимые средства управления потоками для параллельного (конкурентного) программирования, регулярные выражения, генераторы случайных чисел, исключения, шаблоны с переменным количеством аргументов (эта часть языка C++, отвечающая за шаблонные типы, является полной по Тьюрингу!), определенные пользователями литералы, переносимые средства работы с файловой системой и многое другое. Такое количество возможностей делает С++ универсальным языком, который идеально подходит для реализации высококачественного и высокопроизводительного программного обеспечения, применимого в различных отраслях.

Однако многие разработчики С++ охотно изучают сам язык, а библиотеку STL переводят на задний план. Применение языка C++ без поддержки стандартной библиотеки зачастую приводит к тому, что программы выглядят так, будто написаны с использованием классов, а не с учетом современных подходов. Это печально, ведь подобное применение языка не дает задействовать всю его мощь.

В четвертом издании своей книги The C++ Programming Language («Язык программирования С++»), включающем сведения в том числе о С++11, Бьярн Страуструп (Bjarne Stroustrup) пишет: «Пожалуйста, помните, что эти возможности языка и стандартной библиотеки призваны поддержать приемы программирования, позволяющие разрабатывать качественное ПО. Для решения какой-то конкретной задачи их нужно использовать в комбинации друг с другом — как кирпичики из одного набора, — а не отдельно и изолированно друг от друга».

Именно этому посвящена настоящая книга и все приведенные в ней примеры. Они максимально приближены к реальной жизни, причем без ориентации на какие-либо внешние библиотеки — только на STL. Данное обстоятельство значительно упрощает работу, избавляя от утомительной настройки среды. Я очень надеюсь, что представленные здесь примеры привнесут вдохновение в вашу работу с языком С++. Возможно, вы обнаружите, что некоторые из них являются отличными стандартными кирпичиками для решения задач более высокого уровня.

Темы, рассмотренные в этой книге

Глава 1 «Новые возможности С++17» посвящена новому функционалу, привнесенному стандартом С++17 в сам язык С++. В следующих главах мы уже сконцентрируемся на функционале STL.

Глава 2 «Контейнеры STL» содержит объяснение, как были улучшены разнообразные контейнеры структур данных, предоставляемые STL. После рассмотрения всей коллекции контейнеров мы более детально изучим новые дополнения к ним.

Глава 3 «Итераторы» дает описание итераторов, которые представляют собой очень важную абстракцию и служат «клеем» между алгоритмами STL и контейнерами в моменты их совместного использования. Мы разберем всю концепцию итераторов с нуля, чтобы узнать, как лучше всего применять их в наших программах.

Глава 4 «Лямбда-выражения» посвящена лямбда-выражениям, позволяющим задействовать некоторые интересные приемы программирования. Лямбда-выражения, чьему появлению в стандарте С++11 способствовали чистые функциональные языки программирования, в С++14 и С++17 получили новые возможности.

Глава 5 «Основы работы с алгоритмами STL» знакомит со стандартными алгоритмами STL и способами их применения. Эти алгоритмы легки в использовании, имеют высокую производительность, хорошо протестированы и универсальны. Научившись работать с ними, можно концентрироваться на решениях конкретных задач, а не тратить время на изобретение велосипеда.

Глава 6 «Сложные случаи использования алгоритмов STL» показывает, как объединять простые алгоритмы STL для создания более сложных без необходимости писать один и тот же код несколько раз. В рамках этой главы мы будем строго придерживаться принципов STL.

Глава 7 «Строки, классы потоков и регулярные выражения» содержит подробный обзор классов STL, необходимых для работы со строками, обобщенными потоками ввода/вывода и регулярными выражениями. Мы детально разберем каждый из этих элементов STL.

Глава 8 «Вспомогательные классы» рассказывает, как с помощью STL генерировать случайные числа, измерять время, управлять динамической памятью, изящно сообщать об ошибках, а также о многом другом. Мы рассмотрим очень полезные и переносимые вспомогательные классы, предоставляемые STL для решения подобных задач, и разберем новые классы, появившиеся в С++17.

Глава 9 «Параллелизм и конкуренция» демонстрирует существующие расширения С++, позволяющие реализовать параллелизм и конкуренцию, — эти темы стали очень важны с тех пор, как мы вступили в эру многоядерных процессоров. В С++11 и С++17 появились возможности, значительно облегчающие реализацию программ, работающих на нескольких ядрах и выполняющих задачи одновременно. В рамках данной главы мы и рассмотрим упомянутые концепции.

Глава 10 «Файловая система» показывает: несмотря на то что в STL всегда предоставлялась поддержка чтения отдельных файлов и управления ими, в С++17 появилось много новых, не зависящих от операционной системы способов работы с файловыми путями и просмотра каталогов. В рамках главы мы научимся пользоваться этим инструментарием.

Что вам нужно для работы с книгой

Все примеры этой книги максимально просты и автономны. Их нетрудно скомпилировать и запустить, но, в зависимости от того, какими операционной системой и компилятором вы пользуетесь, эти действия могут различаться. Рассмотрим, как скомпилировать и запустить любой из примеров и на что нужно обратить особое внимание.

Компиляция и запуск примеров

Весь код из этой книги был разработан и протестирован в операционных системах Linux и MacOS с использованием компиляторов GNU C++, g++, LLVM C++, clang++.

Можно сгенерировать пример из командной оболочки с помощью

g++

$ g++ -std=c++1z -o recipe_app recipe_code.cpp

Аналогичная команда с использованием clang++:

$ clang++ -std=c++1z –o recipe_app recipe_code.cpp

Оба примера командной строки предполагают, что

recipe_code.cpp

$ ./recipe_app

Во многих примерах мы считываем все содержимое файлов через стандартный ввод. В таких случаях мы используем стандартные каналы UNIX и команду

cat

$ cat file.txt | ./recipe_app

Это работает в ОС Linux и MacOS. В оболочке Microsoft Windows команда выглядит так:

> recipe_app.exe < file.txt

Если вы запускаете программы не из оболочки, а из интегрированной среды разработки Microsoft Visual Studio, то вам нужно открыть вкладку Configuration properties►Debugging (Свойства конфигурации►Отладка) и добавить фрагмент

< file.txt

Предупреждения для первопроходцев

Возможно, некоторые примеры из этой книги у вас не будут компилироваться. Все зависит от того, какая часть C++17 STL реализована в вашем дистрибутиве STL.

При написании книги приходилось добавлять префикс пути experimental/ к заголовкам

algorithm

numeric

Это верно и для пространств имен, поддерживающих новейшие возможности. Элементы библиотеки, включенные в экспериментальную часть STL, обычно экспортируются внутрь пространства имен

std::experimental

Для кого предназначено издание

Эта книга не для вас, если раньше вы не писали программы на С++ и не компилировали их. Однако при условии, что вы уже имеете базовые сведения об этом языке, она идеально подойдет в качестве руководства по С++.

Кроме того, книга будет вам полезна, если вы узнали себя в одном из следующих описаний:

□ вы изучили основы С++, но теперь не знаете, что делать дальше, поскольку разница между вашими знаниями и знаниями профессионала — разработчика на С++ все еще велика;

□ вы хорошо знаете С++, но плохо ориентируетесь в STL;

□ вы знаете С++ по одному из старых стандартов, C++98, C++11 или C++14. Как бы давно вы ни использовали С++ в последний раз, книга познакомит вас со множеством новых возможностей STL.

Разделы

В издании вы найдете несколько заголовков, встречающихся чаще других («Как это делается» и «Как это работает»). В этих разделах даны четкие инструкции, как работать с примером.

Как это делается

В этом подразделе описываются шаги, необходимые для выполнения примера.

Как это работает

Здесь обычно содержится подробное объяснение действий из предыдущего подраздела.

Дополнительная информация

В этот подраздел включены дополнительные сведения о примере, позволяющие читателю более детально ознакомиться с темой.

Условные обозначения

В книге информация разного рода оформлена различными способами. Рассмотрим несколько вариантов оформления и их значение.

Код в тексте, имена баз данных, каталогов и файлов, а также расширения файлов, пути к файлам, ненастоящие (dummy) URL, пользовательский ввод и имена пользователей Twitter выделяются так: «Следующий шаг — редактирование файла

build.properties

Блок кода выглядит следующим образом:

my_wrapper make_wrapper(T1 t1, T2 t2, T3 t3)

{

  return {t1, t2, t3};

}

Новые термины и важные слова выделены курсивом. Слова, которые вы видите на экране, например меню или диалоговые окна, выглядят в тексте так: «После завершения нажмите кнопку Activate (Активизировать)».

Предупреждения и важные примечания оформлены так.

Советы и приемы оформлены таким образом.

Загрузка примеров кода

Файлы с примерами кода для книги можно скачать по адресу https://github.com/PacktPublishing/Cpp17-STL-Cookbook. Для этого выполните следующие шаги.

1. Перейдите по указанному выше адресу.

2. Нажмите кнопку Clone or Download (Клонировать или скачать).

3. На открывшейся панели выберите ссылку Download ZIP (Скачать Zip).

После загрузки файла убедитесь, что распаковали или извлекли каталог с помощью последней версии одной из следующих программ:

□ WinRAR/7-Zip для Windows;

□ Zipeg/iZip/UnRarX для Mac;

□ 7-Zip/PeaZip для Linux.

Мы предлагаем и другие пакеты с кодом из нашего обширного каталога книг и видеороликов, доступного на https://github.com/PacktPublishing/. Обратите на них внимание!