本文目的
最近溫習了一下C++ STL中的algorithm庫函數，記得上次看這些內容時，還在讀書，可以追溯到2009年春天了（剛好4年J）。正所謂為“溫故而知新，可以為師矣”。閑話少說，開始正文。
算法庫
C++標准算法庫中包含一些模版函數，用於執行基本的算法，比如for_each(遍歷容器)，random_shuffle（隨機打亂容器）等。主要實現包含在頭文件<algorthim>中，少量在<numeric>中。它是STL的三大核心組件之一，其他兩個是容器（container，常用數據結構）和迭代器（Iterator，數據結構訪問適配器）。設計思想：算法函數通過迭代器作用在容器上，最大程度的復用。比如for_each函數，可以通過迭代器作用在set，map，list，vector，deque等容器上。
所有的算法都會接受容器的迭代器作為參數，而不是容器本身，這樣算法可以作用於全部或者部分容器中的元素，十分靈活。如果算法（比如std::transform）需要訪問兩個容器，一般傳入第一個容器的第一個元素，第一個容器的最后一個元素和第二個容器的第一元素。不需要傳入第二個容器的最后一個元素，因為可以通過第一個容器的兩個迭代器計算出來。除非此算法允許作用在兩個不一樣長度的容器上，比如search函數。
為了使容器算法函數具有更高的靈活性，一般算法函數會接受一個函數或則函數對象（類似javascript的回調函數），這個函數在算法執行過程中內部使用，執行特殊的業務邏輯。
算法函數還有一個規律是具有兩種后綴，
- 后綴_if 此后綴的函數一般有一個沒有后綴的版本與之對應。如find和find_if，前者接受一個值，根據該值尋找容器中對應的元素，后者接受一個函數或函數對象（operator()必須返回bool，標識是否匹配）。
- 后綴_copy 此后綴用於將算法修改后的元素拷貝到一個新的容器中，原始容器不被修改，所以此算法需要更多的內存。
迭代器范圍（Range）
STL的迭代器尊首一個原則：前閉后開，[first, last)。容器begin函數返回的迭代器表示容器中的第一個元素，而end函數返回的迭代器最后一個元素后面的位置（the one after the last element），也就是說*(end)沒有意義，*(end-1)表示最后一個元素。這樣有幾個好處：1)統一標識容器結尾；2)計算迭代器距離時，不用額外加1。
示例
為什么要使用算法函數。然道不能用C++的基本語法完成同樣的功能嗎？答案是肯定的，算法庫中的所有功能均可以使用最原始的C++語法實現，但是為什么要重復造輪子呢？而且，算法庫提供而外的好處：1）代碼簡潔優雅，便於閱讀和維護；2）大多數算法會比你實現的效率更高（由C++委員會的大牛們實現的，能不快嗎？）；3）更靈活，使用模版和迭代器風格，可以適配不同類型的數據類型和容器類型。
代碼最優說服力，看看下面的例子吧！計算pearson系數，一種計算兩個向量是否線性相關。取值范圍[-1, 1]，絕對值越大，越相關，-1代表線性遞減，1代表線性遞增，0代表線性無關。計算公式如下：
看看下面的代碼：
#include <algorithm>
#include <numeric>
#include <vector>
#include <iostream>
#include <cmath>
using namespace std;
/**
* calculate person without STL style
*/
template<class T1, class T2>
double pearson(const vector<T1>& col1,const vector<T2>& col2) {
int n = col1.size();
double xy_sum = 0;
for(int i = 0; i < n; ++i) {
xy_sum += col1[i] * col2[i];
}
double x2_sum = 0;
for(int i = 0; i < n; ++i) {
x2_sum += pow(static_cast<double>(col1[i]),2);
}
double x_sum = 0;
for(int i = 0; i < n; ++i) {
x_sum += col1[i];
}
double y2_sum = 0;
for(int i = 0; i < n; ++i) {
y2_sum += pow(static_cast<double>(col2[i]),2);
}
double y_sum = 0;
for(int i = 0; i < n; ++i) {
y_sum += col2[i];
}
double deno = sqrt((x2_sum - 1.0 * pow(x_sum, 2) / n)*(y2_sum - 1.0 * pow(y_sum, 2) / n));
return (xy_sum - 1.0 * x_sum * y_sum / n)/ deno;
}
/**
* STL Style for pearson
*/
template<class InputIt1, class InputIt2>
double person_stl(InputIt1 firstX, InputIt1 lastX, InputIt2 firstY) {
int n = distance(firstX, lastX);
double xy_sum = inner_product(firstX, lastX, firstY, 0);
double x2_sum = inner_product(firstX, lastX, firstX, 0);
double y2_sum = inner_product(firstY, firstY + n, firstY, 0);
double x_sum = accumulate(firstX, lastX, 0);
double y_sum = accumulate(firstY, firstY + n, 0);
double deno = sqrt((x2_sum - 1.0 * pow(x_sum, 2) / n)*(y2_sum - 1.0 * pow(y_sum, 2) / n));
return (xy_sum - 1.0 * x_sum * y_sum / n)/ deno;
}
int main(int argc, char** argv) {
vector<int> col1,col2;
for (int i = 0; i < 10; ++i) {
col1.push_back(i);
col2.push_back(10-i);
}
cout << "Normal Style : " << pearson(col1,col2) << endl;
cout << "STL Style : " << person_stl(col1.begin(),col1.end(),col2.begin()) << endl;
return 0;
}
采用了兩種方法實現了pearson系數，第一種采用的C++原始語法實現。第二種采用STL風格，可以看到前者用去了25行，而后者不到10行。
輸出結果如下：
參考資料