第17章 标准库特殊设施

17.1类型tuple

tuple是类是pair的模板。每个pair都不相同，但是都有两个成员。而一个tuple类型会有任意数量的成员。（定义在tuple头文件中）

在关系比较中，两个tuple的类型必须相同（参数个数相同、类型相同）

成员访问

tuple<int, string, double> item = make_tuple(8, "success", 3.1415926);
cout << get<2>(item) << endl;
//查询有多少个元素
typedef decltype(item) trans;
size_t sz = tuple_size<trans>::value;
//成员类型
tuple_element<1, trans>::type second_value = get<1>(item);

17.1.2使用tuple返回多个值

使用tuple的一个用处就是使用tuple可以让函数返回多个值。

typedef tuple<int, string, double> result;
result Get_result()
{
    return  make_tuple(8, string("success"), 3.1415926);
}

17.2类型bitset

将数据当做二进制位集合进行处理，并且可以指定任意的位数。定义在bitset头文件中。

如果使用一个数值初始化bitset，会首先将数值转换为unsigned long long类型，然后进行初始化

//double 5.1转换成unsigned 5，二级制为101
bitset<6> bt = 5.1;
//输出为000101
cout << bt << endl;

如果使用string类型或者char数组类型初始化，则可以将字符中的0或1当成二进制进行处理

//截断到前6位
bitset<6> bt("11100101");
//输出为111001
cout << bt << endl;

17.2.2操作bitset

17.3正则表达式

Regular expression can descripte a sequence of characters. The RE libraty is defined in header file “regex”, and its components are list

17.3.1使用正则表达式匹配子串

//使用search得到匹配的子串
string pattern("\\d+");
regex r(pattern);
smatch results;
string test_str = "123 456 789";
if (regex_search(test_str, results, r))
    cout << results.str() << endl;

指定regex对象的选项

When we define a regex or call assign on a regex to give it a new value, we can specify one or more flags that affect how the regex operates. In default, the flag is ECMAScript whitch is the regular expression language that many Web brower use.

Regex选项

定义regex时指定的flag

如下

string pattern("\\d+");
regex r(pattern,regex::icase);

正则表达式是在运行时编译的，所以可能出现运行时错误，可以用如下捕获异常

try
{
    // error: missing close bracket after alnum; the constructor will throw
    regex r("[[:alnum:]+\\.(cpp|cxx|cc)$", regex::icase);
}
catch (regex_error e)
{
    cout << e.what() << "\ncode: " << e.code() << endl;
}

Error flag正则表达式错误类型

正则表达式在运行时编译，而且很耗时，所以在循环中使用要慎重。

对于正则表达式有不同的字符串输入序列，所以由不同的处理方法：

正则表达式库类

17.3.1匹配与Regex迭代器类型

sregex_iterator操作

使用regex迭代器

// findthe characters ei that follow a character other than c
string pattern("\\d+");
// we want the whole word in which our pattern appears
pattern = "[[:alpha:]]*" + pattern + "[[:alpha:]]*";
regex r(pattern, regex::icase); // we‘ll ignore case in doing the match
string file = "123 456 789";
// it will repeatedly call regex_search to find all matches in file
for (sregex_iterator it(file.begin(), file.end(), r), end_it;
it != end_it; ++it)
    cout << it->str() << endl; // matched word

sregex_iterator指向的smatch对象包含有很多细节，可以处理的操作为：

smatch操作

对smatch中子表达式的操作(index 0 reprents the overall match)

17.3.3使用子表达式

对于得到的子表达式结果ssub_match，有如下操作

子匹配操作

for (sregex_iterator it(file.begin(), file.end(), r), end_it;
it != end_it; ++it)
{
    cout << it->str() << endl; // matched word
    cout << it->length(1) << endl;
    cout << it->position(2) << endl;
    cout << it->operator[](2).matched << endl;
    cout << it->operator[](1).length() << endl;
}

17.3.4使用regex_replace

当我们希望替换一个字符串中指定的部分，可以使用如下操作

正则表达式替换操作

例子

// findthe characters ei that follow a character other than c
string pattern("([[:alpha:]]+)(\\d+)([[:alpha:]]+)(\\d+)([[:alpha:]]+)(\\d+)([[:alpha:]]+)");
regex r(pattern, regex::icase); // we‘ll ignore case in doing the match
string file = "ffffff123aaa456bbb789ccc";
cout << regex_replace(file, r, "$1-$2-$3") << endl;

smatch results;
regex_search(file, results, r);
cout << results.format("$1-$2-$3")<< endl;

控制匹配和格式的标识mft

需要使用如下命名空间

using std::regex_constants::format_no_copy;

或者

using namespacestd::regex_constants;

匹配标识

17.4随机数

旧标准使用见的C函数rand生成随机数，生成0到系统相关的最大值（至少为32767）之间的均匀分布的随机数。

定义在random中的随机数库通过一组写作的类，扩展随机数（自定义随机数范围、随机浮点数）：random-number engines and random-number distribution.

其中random-number engines生成随机的unsigned整数序列

random-number distribution使用随机数引擎返回已制定的随机数分布。

17.4.1随机数引擎和分布

reproduce from http://www.cplusplus.com/reference/random/

Generator

Pseudo-random number engines (templates)

Generators that use an algorithm to generate pseudo-random numbers based on an initial seed:

Engine adaptors

They adapt an engine, modifying the way numbers are generated with it:

Pseudo-random number engines (instantiations)

Particular instantiations of generator engines and adaptors:

Random number generators

Non-deterministic random number generator:

Distributions

Uniform:

Related to Bernoulli (yes/no) trials:

Rate-based distributions:

Related to Normal distribution:

Piecewise distributions:

Other

随机数引擎操作

使用random引擎

default_random_engine e;
for (size_t i = 0; i < 10; ++i)
    cout << e() << "\t";

提示：为了每次调用随机数引擎得到不同的随机数，可以将随机数引擎声明成static的，或者通过时间<ctime>作为随机数种子：default_rand_engine e(time(0))

17.4.2其他随机数分布

使用分布类型 - 指定随机数范围

uniform_int_distribution<unsigned> u(0, 9);
default_random_engine e;
for (size_t i = 0; i < 10; ++i)
    cout << u(e) << "\t";

使用分布类型 – 浮点数

uniform_real_distribution<double> u(0, 6);
default_random_engine e;
for (size_t i = 0; i < 10; ++i)
    cout << u(e) << "\t"; 

使用分布类型 – 正态分布

//均值为4，标准差1.5
normal_distribution<double> u(4,1.5);
default_random_engine e;
for (size_t i = 0; i < 10; ++i)
    cout << u(e) << "\t"; 

使用分布类型 – bool值

//为true的概率为0.7
bernoulli_distribution u(0.7);
default_random_engine e;
for (size_t i = 0; i < 10; ++i)
    cout << u(e) << "\t";

分布类型操作

17.5再探IO库

在iostream对象中，处理维护一个状态条件外，还维护了一个格式状态来控制IO如何格式化的细节，比如整型是几进制、浮点值的精度、一个输出元素的宽度。为此，标准库定义了一组操纵符（manipulator）。

操纵符用于两大类输出控制：控制数值输出的形式、控制补白的数量和位置。大多数改变格式状态的操纵符都是设置/复原成对的。

Eg：cout<<boolalpha<<true<<endl;

控制布尔值的格式

boolalpha noboolalpha

指定整型值的进制（不显示前缀0x、0）

hex、oct、dec：十六进制、八进制、改回十进制

显示进制前缀0x、0

showbase、noshowbase

大小写输出缀X、x，E、e

uppercase、nouppercase

控制浮点数格式

使用cout.precision()返回当前精度

精度：setprecision(n), 或者对io对象cout.precision(n)

总是显示小数点：showpoint、noshowpoint(当腹地安置包含小数部分才显示)

对非负数显示+：showpos、noshowpos

对齐方式：left、right

符号值之间填充字符：internal

定点十进制：fixed

科学计数法：scientific

十六进制浮点：hexfloat，重置为double：defaultfloat

每次输出都刷新缓冲区：unitbuf、nounitbuf

输出运算符跳过空白符：skipws、noskipws

刷新缓冲区：flush

空字符，并刷新：\0

换行，并刷新：

17.5.2未格式化的输入/输出操作

未格式化IO操作，允许我们将一个流当做一个无解释的字节序列处理。

单字节操作

多字节操作

17.5.3流的随机访问

标准库定义了seek和tell，单不是所有的流都会你有意义，依赖于绑定到上边的设备，如对于cin、cout、ceer和clog流不支持随机访问。

Seek和tell函数（g表示正在读取get，p表示放入put）

读写同一个文件

int main()
{
    // 打开文献，并定位到文件尾
    fstream inOut("copyOut",fstream::ate | fstream::in | fstream::out);
    if (!inOut)
    {
        cerr << "Unable to open file!" << endl;
        return EXIT_FAILURE; // 错误返回
    }
    // 记录当前读取位置
    auto end_mark = inOut.tellg();
    // 转到文件头部
    inOut.seekg(0, fstream::beg);
    size_t cnt = 0;  // 收集了byte的个数
    string line;
    //将文件中的内容重复到文件最后
    while (inOut && inOut.tellg() != end_mark && getline(inOut, line))
    {
        cnt += line.size() + 1;//1是最后的换行符
        auto mark = inOut.tellg();  // remember the read position
        inOut.seekp(0, fstream::end); // set the write marker to the end
        inOut << cnt;  // write the accumulated length
                           // print a separator if this is not the last line
        if (mark != end_mark) inOut << " ";
        inOut.seekg(mark);  // 返回读取的位置
    }
    inOut.seekp(0, fstream::end);  // seek to the end
    inOut << "\n";    // write a newline at end-offile
    return 0;
}