STL进阶：手写forEach与map操作技巧

引言

在前面的文章中，我们已经学习了set、map、unordered_map的基本操作。本文将聚焦三个进阶主题：

1. 手写my_forEach模板函数——理解 STL 算法如何通过函数指针和仿函数操作迭代器

2. map的[]与at()的本质区别——一个会自动插入，一个会抛异常

3. 自定义类型存入unordered_map——值或键是自定义类时如何处理

第一部分：手写 forEach 模板函数

一、STL for_each 回顾

#include <iostream> #include <set> #include <algorithm> // for_each 所在位置 using namespace std; void show(int item) { cout << item << " "; } int main() { set<int> s = {8, 7, 2, 4, 5, 0, 3}; // STL 的 for_each：起始迭代器、结束迭代器、回调函数 for_each(s.begin(), s.end(), show); // 输出：0 2 3 4 5 7 8 }

二、回调函数传递的本质

for_each第三个参数接受的是可调用对象。show是一个函数名，函数名在 C++ 中会被隐式转换为函数指针。

// show 的类型是：void (*)(int) // 函数名 show 就是函数地址，即函数指针 void (*fp)(int) = show; // fp 是指向 show 的函数指针 fp(42); // 等价于 show(42)

三、手写 my_forEach 模板

// 模板参数： // Itr — 迭代器类型（set::iterator / map::iterator / ...） // Call — 可调用对象的类型（函数指针 / 仿函数 / Lambda） template<typename Itr, typename Call> void my_forEach(Itr start, Itr end, Call fp) { while (start != end) { fp(*start); // 解引用迭代器，传给回调函数 start++; // 移动到下一个元素 } }

为什么用模板？

四、配合 set 和 map 使用

// 用于 set set<int, greater<int>> s({8, 7, 2, 4, 5, 6, 0, 3}); my_forEach(s.begin(), s.end(), show); // 输出：8 7 6 5 4 3 2 0 // 用于 map（需要适配回调函数） // map 迭代时，元素是 pair<const K, V>，键不允许修改 void show2(pair<const int, char> item) { cout << item.first << ":" << item.second << " "; } map<int, char> m = {{5, '9'}, {4, 'a'}, {5, '6'}}; my_forEach(m.begin(), m.end(), show2); // 输出：4:a 5:9（自动按键排序，key=5 重复的不插入）

五、本质理解

第二部分：map 的 [] vs at() —— 安全访问关键

一、问题场景

map<int, char> m = {{5, '9'}, {4, 'a'}}; // [] 操作符：若 key 不存在，会自动插入！ cout << m[5] << endl; // '9' → 存在，正常返回 cout << m[10] << endl; // 0 → 不存在，自动插入 {10, 0}！ // 此时 m.size() 变成了 3！ // 这不是 bug，是设计行为

二、本质区别

三、代码验证

#include <iostream> #include <map> #include <stdexcept> using namespace std; int main() { map<int, char> m = {{5, '9'}, {4, 'a'}}; cout << "初始化 size: " << m.size() << endl; // 2 // [] 访问不存在的 key cout << "m[10] = " << m[10] << endl; // 空字符 cout << "访问后 size: " << m.size() << endl; // 3！被插入了 // at() 访问不存在的 key try { cout << m.at(15) << endl; } catch (out_of_range& e) { cout << "异常：" << e.what() << endl; // 输出：异常：map::at } cout << "at()访问后 size: " << m.size() << endl; // 仍然是 3 return 0; }

四、最佳实践

第三部分：自定义类型存入 unordered_map

一、Person 类定义

#include <iostream> #include <string> using namespace std; class Person { private: int sid; string name; int age; public: Person(int sid, string name, int age) : sid(sid), name(name), age(age) {} // 将对象信息格式化为字符串 string tostring() const { char buf[128] = ""; sprintf(buf, "%d,%s,%d", sid, name.c_str(), age); return string(buf); } };

二、存入 unordered_map 的几种方式

#include <unordered_map> int main() { unordered_map<int, Person> ms; // 方式1：make_pair ms.insert(make_pair(1, Person(1, "李明", 17))); // 方式2：初始化列表 ms.insert({2, Person(2, "刘明", 21)}); // 方式3：emplace 原地构造（最高效，减少一次拷贝） ms.emplace(4, Person(4, "王明", 18)); cout << "size: " << ms.size() << endl; // 3 return 0; }

emplace vs insert 的区别

三、遍历与查找

int main() { unordered_map<int, Person> ms; ms.insert(make_pair(1, Person(1, "李明", 17))); ms.insert(make_pair(2, Person(2, "刘明", 21))); ms.insert(make_pair(4, Person(4, "王明", 18))); ms.insert(make_pair(3, Person(3, "赵明", 22))); ms.insert(make_pair(6, Person(6, "孙明", 21))); // 遍历（无序！） for (auto it = ms.begin(); it != ms.end(); ++it) { cout << it->second.tostring() << endl; } // 查找姓"刘"的学生 for (auto it = ms.begin(); it != ms.end(); ++it) { if (it->second.tostring().find("刘") != string::npos) { cout << "找到：" << it->second.tostring() << endl; break; } } // 用 find() 按键快速查找（O(1)） auto it = ms.find(6); if (it != ms.end()) { ms.erase(it); // 删除孙明 } return 0; }

四、string::find 的使用

string s = "1,刘明,21"; // find() 返回查找内容首次出现的字节位置（从 0 开始） // 注意：一个中文字符在 UTF-8 中占 3 个字节 cout << s.find("刘") << endl; // 输出 2（'1' ',' 之后） // 未找到返回 string::npos if (s.find("李") == string::npos) { cout << "未找到" << endl; }

第四部分：完整示例

#include <iostream> #include <map> #include <unordered_map> #include <string> using namespace std; template<typename Itr, typename Call> void my_forEach(Itr start, Itr end, Call fp) { while (start != end) { fp(*start); start++; } } class Person { private: int sid; string name; int age; public: Person(int sid, string name, int age) : sid(sid), name(name), age(age) {} string tostring() const { char buf[128] = ""; sprintf(buf, "%d,%s,%d", sid, name.c_str(), age); return string(buf); } }; int main() { // ========== 测试 my_forEach + map ========== cout << "===== map 遍历 =====\n"; map<int, char> m = {{5, '9'}, {4, 'a'}}; my_forEach(m.begin(), m.end(), [](pair<const int, char> item) { cout << item.first << ":" << item.second << " "; }); cout << endl; // ========== 测试 at() 异常 ========== cout << "\n===== at() 异常测试 =====\n"; cout << "m[10] = " << m[10] << " (size=" << m.size() << ")" << endl; try { cout << m.at(15) << endl; } catch (out_of_range& e) { cout << "m.at(15) 抛出异常！" << endl; } cout << "at() 后 size = " << m.size() << " (未变化)" << endl; // ========== 测试自定义类型 ========== cout << "\n===== 自定义类型存储 =====\n"; unordered_map<int, Person> students; students.emplace(1, Person(1, "李明", 17)); students.emplace(2, Person(2, "刘明", 21)); students.emplace(3, Person(3, "王明", 18)); for (auto it = students.begin(); it != students.end(); ++it) { cout << it->second.tostring() << endl; } return 0; }

总结

一、核心要点

二、安全访问原则

三、一句话记忆

my_forEach用模板统一所有容器的遍历；map::[]找不到就插入，at()找不到就抛异常；emplace原地构造最省拷贝；string::find返回位置，npos表示未找到。