简单的程序诠释C++ STL算法系列之十四:copy_backward

       前文中展示了copy的魅力,现在我们来看一下它的孪生兄弟copy_backward,copy_backward算法与copy在行为方面相似,只不过它的复制过程与copy背道而驰,其复制过程是从最后的元素开始复制,直到首元素复制出来。也就是说,复制操作是从last-1开始,直到first结束。这些元素也被从后向前复制到目标容器中,从result-1开始,一直复制last-first个元素。举个简单的例子:已知vector {0, 1, 2, 3, 4, 5},现我们需要把最后三个元素(3, 4, 5)复制到前面三个(0, 1, 2)位置中,那我们可以这样设置:将first设置值3的位置,将last设置为5的下一个位置,而result设置为3的位置,这样,就会先将值5复制到2的位置,然后4复制到1的位置,最后3复制到0的位置,得到我们所要的序列{3, 4, 5, 3, 4, 5}。下面我们来看一下copy_backward的函数原型:

函数原型:

 template<class BidirectionalIterator1, class BidirectionalIterator2>
  BidirectionalIterator2 copy_backward ( BidirectionalIterator1 first,
                                         BidirectionalIterator1 last,
                                         BidirectionalIterator2 result); 

 参数:

       first, last
       指出被复制的元素的区间范围[first,last).
       result
       指出复制到目标区间的具体位置[result-(last-first),result)

 返回值:

        返回一个迭代器,指出已被复制元素区间的起始位置

 程序示例:

      先通过一个简单的示例来阐述copy_backward的使用方法,程序比较简单,代码中做了详细的说明,在此不再累赘。

/*******************************************************************
 * Copyright (C) Jerry Jiang
 *               
 * File Name   : copy_backward.cpp
 * Author      : Jerry Jiang
 * Create Time : 2012-3-21 23:14:57
 * Mail        : jbiaojerry@gmail.com
 * Blog        : http://blog.youkuaiyun.com/jerryjbiao 
 *               
 * Description :  简单的程序诠释C++ STL算法系列之十四                  
 *                变易算法 : 反向复制copy_backward 
 *               
 ******************************************************************/

#include <iostream>
#include <algorithm>
#include <vector>

using namespace std;

int main()
{
	vector<int> myvector;
	vector<int>::iterator iter;

	//为容器myvector赋初始值:10 20 30 40 50
	for ( int i = 1; i <= 5; ++i )
	{
		myvector.push_back( i*10 );
	}

	//将myvector容器的大小增加3个单元
	myvector.resize( myvector.size()+3 );

	//将容器元素20、10拷贝到第八、第七个单元中:10 20 30 40 50 0 10 20
	//注意copy_backward是反向复制,先将20拷贝到第八个单元,再将10拷贝到第七个单元
	copy_backward( myvector.begin(), myvector.begin()+2, myvector.end() );

	for ( iter = myvector.begin(); iter != myvector.end(); ++iter )
	{
		cout << " " << *iter;
	}

	cout << endl;


	//清除myvector容器
	myvector.clear();

	//还原容器myvector的初始值:10 20 30 40 50
	for ( i = 1; i <= 5; ++i )
	{
		myvector.push_back( i*10 );
	}

	//将容器元素40、50覆盖10、20, 即:40 50 30 40 50:
	copy_backward( myvector.end()-2, myvector.end(), myvector.end()-3 );
	
	for ( iter = myvector.begin(); iter != myvector.end(); ++iter )
	{
		cout << " " << *iter;
	}
	
	cout << endl;
	return 0;
}


     通过上例的简单介绍相信大家对copy_backward 的基本使用不再陌生了吧,^_^,下面我们结合前面所讲的for_search算法来巩固一下copy_backward的使用。

/*******************************************************************
 * Copyright (C) Jerry Jiang
 *               
 * File Name   : copy_backward02.cpp
 * Author      : Jerry Jiang
 * Create Time : 2012-3-21 23:48:14
 * Mail        : jbiaojerry@gmail.com
 * Blog        : http://blog.youkuaiyun.com/jerryjbiao 
 *               
 * Description :  简单的程序诠释C++ STL算法系列之十四                  
 *                变易算法 : 反向复制copy_backward 
 *               
 ******************************************************************/

#include <iostream>
#include <algorithm>
#include <vector>
#include <iterator>
#include <string>

using namespace std;

class output_element
{
public:
	//重载运算符()
	void operator() (string element)
	{
		cout << element
			 << ( _line_cnt++ % 7 ? " " : "\n\t"); //格式化输出,即每7个换行和制表位
	}

	static void reset_line_cnt() 
	{
		_line_cnt = 1;
	}

private:
	static int _line_cnt;

};

int output_element::_line_cnt = 1; //定义并初始静态数据成员

int main()
{
	string sa[] = {
		"The", "light", "untonusred", "hair",
		"grained", "and", "hued", "like", "pale", "oak"
	};

	vector<string> svec(sa, sa+10);
	
	//还记得for_each吧,呵呵,这里用它来作为输出
	//for_each具体用法参考 http://blog.youkuaiyun.com/jerryjbiao/article/details/6827508
	cout << "Original list of strings:\n\t";
	for_each( svec.begin(), svec.end(), output_element() );
	cout << "\n" << endl;

	//将"The", "light", "untonusred", "hair","grained", 
	//"and", "hued"后移三个单元覆盖了"like", "pale", "oak"
	copy_backward(svec.begin(), svec.end()-3, svec.end());

	output_element::reset_line_cnt();

	cout << "sequence after "
		 << "copy_backward(svec.begin(), svec.end()-3, svec.end()): \n\t";
	for_each( svec.begin(), svec.end(), output_element() );
	cout << "\n" << endl;

	return 0;
}

 

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C++经典书目索引及资源下载:http://blog.youkuaiyun.com/jerryjbiao/article/details/7358796

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<think>首先,用户的问题是:“我想了解C++ STLcopycopy_backward函数的区别”,翻译成英文是“I want to know the difference between copy and copy_backward functions in C++ STL”。 根据系统级指令,我需要: - 所有行内数学表达式使用$...$格式。 - 独立公式使用$$...$$格式并单独成段。 - LaTeX语法正确。 - 使用中文回答。 - 生成相关问题。 - 回答中引用的段落末尾自然地添加引用标识,例如[^1]。 用户可见层指令: - 回答结构清晰,帮助用户逐步解决问题。 - 尽量保证回答真实可靠。 参考提供的引用: - [^1] 提到STL六大组件,包括算法。 - [^2] 提到STL算法主要由头文件组成,如<algorithm>。 - [^3] 专门讨论copy算法,指出如果输出区间在输入区间内,可能有问题,但copy可能会使用memmove来避免覆盖。 - [^4] 讨论deque的内部实现,但可能不直接相关。 - [^5] 讨论移动构造和拷贝构造,但可能不直接相关。 用户的问题是关于copycopy_backward的区别,所以我需要专注于这些函数的区别。 关键点: - copy: 从源序列的起始位置开始复制到目标序列的起始位置。 - copy_backward: 从源序列的结束位置开始复制到目标序列的结束位置。 主要区别在于复制方向: - copy 是从前向后复制。 - copy_backward 是从后向前复制。 这有助于处理输出区间与输入区间重叠的情况: - 如果输出区间在输入区间之后,copy 可以正常工作。 - 如果输出区间在输入区间之前,copy_backward 可以避免覆盖。 - 如果输出区间与输入区间重叠,copy 可能导致覆盖问题,但STL的实现可能使用memmove来处理,如[^3]所述。 来自[^3]:"如果copy算法根据接收的迭代器特性决定调用memmove,就不会导错误,因为memmove会先将整个输入区间的内容复制下来,没有覆盖的危险。" 所以,在实现中,copy可能会智能地处理重叠。 但copy_backward是专门设计用于从后向前复制,当目标区间在源区间之前时。 函数原型: - copy(InputIt first, InputIt last, OutputIt d_first); - copy_backward(BidirectionalIt first, BidirectionalIt last, BidirectionalIt d_last); 在copy中,d_first是目标序列的起始位置。 在copy_backward中,d_last是目标序列的结束位置(即最后一个元素的下一个位置)。 行为: - copy:复制范围[first, last)到以d_first开始的序列。 - copy_backward:复制范围[first, last)到以d_last结束的序列,即元素被复制到[d_last - (last - first), d_last)。 当源和目标区间重叠时: - 如果目标起始位置在源起始位置之前,使用copy_backward可以安全复制。 - 如果目标起始位置在源结束位置之后,使用copy可以安全复制。 - 如果重叠在中间,需要小心。 但在实践中,STLcopy可能使用memmove来处理连续内存(如数组),以避免手动处理重叠。 现在,构建回答: 1. **介绍函数**:简要描述copycopy_backward。 2. **主要区别**:强调复制方向。 3. **使用场景**:当处理重叠区间时,如何选择合适的函数。 4. **示例**:提供简单代码示例。 5. **注意事项**:提到STL的实现优化。 6. **生成相关问题**:在最后添加相关问题。 使用中文回答。 结构: - 开头:直接回答问题。 - 主体:分点解释。 - 结尾:总结并添加相关问题。 引用:在回答中,如果引用参考内容,添加[^3]等。例如,提到copy可能使用memmove时引用[^3]。 相关问题: 基于用户问题,生成相关问题,如: 1. 在哪些情况下应该使用copy_backward而不是copy? 2. copycopy_backward的性能有什么不同? 3. STL中还有哪些类似的复制算法? 4. 如何处理源和目标区间完全重叠的情况? 确保回答真实可靠:基于C++标准库知识。</think>### C++ STLcopycopy_backward函数的区别 在C++标准模板库(STL)中,`copy`和`copy_backward`都是用于复制序列的算法函数,定义在头文件`<algorithm>`中。它们的主要区别在于复制的方向和处理序列重叠时的行为。下面我将逐步解释它们的差异,确保内容基于STL规范和实践。 #### 1. **基本功能与原型** - **`copy`函数**:从源序列的起始位置开始,向前复制元素到目标序列的起始位置。函数原型为: ```cpp OutputIt copy(InputIt first, InputIt last, OutputIt d_first); ``` 其中: - `first` 和 `last` 是源序列的迭代器范围(左闭右开区间,即 $[\text{first}, \text{last})$)。 - `d_first` 是目标序列的起始位置迭代器。 - 复制过程是从 `first` 到 `last`,依次赋值到 `d_first` 开始的序列。 - 示例:`copy(src.begin(), src.end(), dest.begin());` 将整个源序列复制到目标序列的开头。 - **`copy_backward`函数**:从源序列的结束位置开始,向后复制元素到目标序列的结束位置。函数原型为: ```cpp BidirectionalIt copy_backward(BidirectionalIt first, BidirectionalIt last, BidirectionalIt d_last); ``` 其中: - `first` 和 `last` 是源序列的迭代器范围。 - `d_last` 是目标序列的结束位置迭代器(指向最后一个元素之后的位置)。 - 复制过程是从 `last-1` 到 `first`,依次赋值到 `d_last - (last - first)` 开始的序列,最终元素放置在 `d_last - 1`。 - 示例:`copy_backward(src.begin(), src.end(), dest.end());` 将源序列复制到目标序列的末尾。 #### 2. **关键区别:复制方向** - **`copy`是正向复制**:从源序列的开头向结尾复制。目标序列的起始位置 `d_first` 必须有效,且复制后目标序列的范围是 $[\text{d\_first}, \text{d\_first} + (\text{last} - \text{first}))$。 - **`copy_backward`是反向复制**:从源序列的结尾向开头复制。目标序列的结束位置 `d_last` 必须有效,且复制后目标序列的范围是 $[\text{d\_last} - (\text{last} - \text{first}), \text{d\_last})$。 - **数学表示**: 设源序列长度为 $n = \text{last} - \text{first}$: - `copy` 等价于:对于每个 $i$ 从 $0$ 到 $n-1$,执行 $\text{d\_first}[i] = \text{first}[i]$。 - `copy_backward` 等价于:对于每个 $i$ 从 $n-1$ 到 $0$,执行 $\text{d\_last} - (n - i) = \text{first} + i$。 #### 3. **处理序列重叠的行为** 当源序列和目标序列在内存中重叠时,选择正确的函数至关重要,否则可能导致数据覆盖错误: - **`copy` 的适用场景**: - 当目标序列的起始位置 `d_first` 在源序列的结束位置 `last` 之后时(即 $\text{d\_first} \geq \text{last}$),`copy` 可以安全使用,因为复制过程不会覆盖未复制的源元素。 - 如果目标序列在源序列之前($\text{d\_first} < \text{first}$),`copy` 可能引发覆盖问题,但 STL 实现可能优化为调用 `memmove` 来处理连续内存(如数组),避免错误[^3]。 - **`copy_backward` 的适用场景**: - 当目标序列的结束位置 `d_last` 在源序列的起始位置 `first` 之前时(即 $\text{d\_last} \leq \text{first}$),`copy_backward` 可以安全使用,因为反向复制确保源元素在复制前不被覆盖。 - 例如,在序列中移动元素到左侧时,`copy_backward` 更安全。 - **重叠风险示例**: - 假设源序列为 `[A, B, C]`,目标序列起始位置与源序列重叠(如 `d_first = first + 1`)。 - 使用 `copy` 可能导致:复制 `A` 覆盖 `B`,然后复制错误的 `B` 覆盖 `C`。 - 使用 `copy_backward` 则安全:先复制 `C`,再复制 `B`,最后复制 `A`。 #### 4. **性能与实现细节** - **时间复杂度**:两者均为 $O(n)$,其中 $n$ 是序列长度,因为它们都需要遍历整个序列。 - **迭代器要求**: - `copy` 仅需输入迭代器(Input Iterator)作为源,输出迭代器(Output Iterator)作为目标。 - `copy_backward` 需要双向迭代器(Bidirectional Iterator),因为它必须从后向前访问元素。 - 因此,`copy` 适用于单向序列(如单链表),而 `copy_backward` 仅适用于双向序列(如向量、双端队列)。 - **STL 优化**:对于连续内存容器(如 `vector` 或数组),`copy` 可能内部使用 `memmove` 来高效处理复制,包括重叠情况[^3]。但 `copy_backward` 通常无此优化,因为它依赖于显式的反向遍历。 #### 5. **代码示例** 以下是一个简单示例,展示两者在重叠序列中的行为: ```cpp #include <algorithm> #include <vector> #include <iostream> int main() { std::vector<int> vec = {1, 2, 3, 4, 5}; // 使用copy:将前3个元素复制到索引1开始的位置(可能导致覆盖) std::copy(vec.begin(), vec.begin() + 3, vec.begin() + 1); // 结果:vec = {1, 1, 2, 3, 5}(覆盖了原始元素) // 重置向量 vec = {1, 2, 3, 4, 5}; // 使用copy_backward:将前3个元素复制到索引2结束的位置(安全) std::copy_backward(vec.begin(), vec.begin() + 3, vec.begin() + 4); // 结果:vec = {1, 2, 1, 2, 3}(反向复制避免覆盖) } ``` #### 6. **总结与建议** - **何时使用 `copy`**:当目标序列在源序列之后,或序列无重叠时优先使用。它更通用,支持更多容器类型。 - **何时使用 `copy_backward`**:当目标序列在源序列之前,或需要避免正向复制覆盖时使用。特别适合双向容器中的元素移动。 - **通用原则**:如果序列可能重叠,优先检查迭代器位置: - 若 $\text{d\_first} \geq \text{last}$,用 `copy`。 - 若 $\text{d\_last} \leq \text{first}$,用 `copy_backward`。 - 否则,确保使用安全或手动处理。 STL 算法的设计体现了泛型编程的灵活性,但正确使用需理解其底层行为[^1][^3]。
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