尽量用成员函数代替同名的算法

尽量用成员函数代替同名的算法

有些容器拥有和STL算法同名的成员函数。关联容器提供了count、find、lower_bound、upper_bound和equal_range，而list提供了remove、remove_if、unique、sort、merge和reverse。大多数情况下，你应该用成员函数代替算法。这样做有两个理由。首先，成员函数更快。其次，比起算法来，它们与容器结合得更好（尤其是关联容器）。那是因为同名的算法和成员函数通常并不是是一样的。

我们以对关联容器的实验开始。假如有一个set<int>，它存储了一百万个元素，而你想找到元素727的第一个出现位置（如果存在的话）。这儿有两个最自然的方法来执行搜索：

set<int> s;     // 建立set，放1,000,000个数据

...      // 进去

set<int>::iterator i = s.find(727);   // 使用find成员函数

if (i != s.end()) ...

set<int>::iterator i = find(s.begin(), s.end(), 727); // 使用find算法

if (i != s.end()) ...

find成员函数运行花费对数时间，所以不管727是否存在于此set中，set::find只需执行不超过40次比较来查找它，而一般只需要大约20次。相反，find算法运行花费线性时间，所以如果727不在此set中，它需要执行1,000,000次比较。即使727在此set中，也平均需要执行500,000次比较来找到它。效率得分如下：

find成员：大约40（最坏的情况）至大约20（平均情况）

find算法：1,000,000（最坏的情况）至500,000（平均情况）

和高尔夫比赛一样，分值低的赢。正如你所见，这场比赛结果没什么可说的。

我必须对find成员函数所需的比较次数表示小小的谨慎，因为它有些依赖于关联容器的实现。绝大部分的实现是使用的红黑树——平衡树的一种——失衡度可能达到2。在这样的实现中，对一百万个元素的set进行搜索所需最多的比较次数是38次。但对绝大部分的搜索情况而言，只需要不超过22次。一个基于完全平衡树的实现绝不需要超过21次比较，但在实践中，完全平衡树的效率总的来说不如红黑树。这就是为什么大多数的STL实现都使用红黑树。

效率不是find成员函数和find算法间的唯一差别。正如条款19所解释的，STL算法判断两个对象是否相同的方法是检查的是它们是否相等(equality)，而关联容器是用等价(equivalence)来测试它们的“同一性”。 因此，find算法搜索727用的是相等，而find成员函数用的是等价。相等和等价间的区别可能造成成功搜索和不成功搜索的区别。比如说，条款19演示了用find算法在关联容器搜索失败而用find成员函数却搜索成功的情况！因此，如果使用关联容器的话，你应该尽量使用成员函数形式的find、count、lower_bound等等，而不是同名的泛型算法，因为这些成员函数版本提供了和其它成员函数一致的行为。由于相等和等价间的差别，泛型算法不能提供这样的一致行为。

这一差别对map和multimap尤其明显，因为它们容纳的是对象对(pair object)，而它们的成员函数只在意对象对的key部分。因此，count成员函数只统计key值匹配的对象对的数目 (所谓“匹配”，自然是检测等价情况）；对象对的value部份被忽略。成员函数find、lower_bound、upper_bound和equal_range也是如此。但是如果你使用count算法，它的寻找将基于(a)相等和(b)对象对的全部组成部分；泛型算法find、lower_bound等同样如此。要想让泛型算法只关注于对象对的key部分，必须要跳出条款23描述的限制（那儿介绍了用相等测试代替等价测试的方法）。

另一方面，如果你真的关心效率，你可以采用条款23中的技巧，联合条款34中讲的对数时间搜索算法。相对于性能的提升，这只是一个很小的代价。再者，如果你真的在乎效率，你应该考虑非标准的hash容器（在条款25进行了描述），只是，你将再次面对相等和等价的区别。

对于标准的关联容器，选择成员函数而不是同名的算法有几个好处。首先，你得到的是对数时间而不是线性时间的性能。其次，你判断两个元素“相同”使用的是等价，这是关联容器的默认定义。第三，当操纵map和multimap时，你可以自动地只处理key值而不是(key, value)对。这三点给了优先使用成员函数完美的铁甲。

让我们转到list的与算法同名的成员函数身上。这里的故事几乎全部是关于效率的。每个被list作了特化的算法（remove、remove_if、unique、sort、merge和reverse）都要拷贝对象，而list的特别版本什么都没有拷贝；它们只是简单地操纵连接list的节点的指针。算法和成员函数的算法复杂度是相同的，但如果操纵指针比拷贝对象的代价小的话，list的版本应该提供更好的性能。

牢牢记住这一点很重要：list成员函数的行为和它们的算法兄弟的行为经常不相同。正如条款32所解释的，如果你真的想从容器中清除对象的话，调用remove、remove_if和unique算法后，必须紧接着调用erase函数；但list的remove、remove_if和unique成员函数真的去掉了元素，后面不需要接着调用erase。

在sort算法和list的sort成员函数间的一个重要区别是前者不能用于list。作为单纯的双向迭代器，list的迭代器不能传给sort算法。merge算法和list的merge成员函数之间也同样存在巨大差异。这个算法被限制为不能修改源范围，但list::merge总是修改它的宿主list。

所以，你明白了吧。 当面临着STL算法和同名的容器成员函数间进行选择时，你应该尽量使用成员函数。几乎可以肯定它更高效，而且它看起来也和容器的惯常行为集成得更好。