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C++标准库学习（刷题应用）

时间：2024-09-21 21:45:32浏览次数：9  
标签：std 容器 迭代 队列 元素 C++ 学习 myDeque 刷题

参考自菜鸟教程，用于熟悉C++常用容器刷题应用

C++ STL

  • STL核心组件：
    • 容器（Containers）：向量（vector）、链表（list）、队列（queue）、栈（stack）、集合（set）、映射（map）等；
      • 序列容器：存储元素的序列，允许双向遍历
        • std::vector：动态数组，支持快速随机访问。
        • std::deque：双端队列，支持快速插入和删除。
        • std::list：链表，支持快速插入和删除，但不支持随机访问。
      • 关联容器：存储键值对，每个元素都有一个键（key）和一个值（value），并且通过键来组织元素
        • std::set：集合，不允许重复元素。
        • std::multiset：多重集合，允许多个元素具有相同的键。
        • std::map：映射，每个键映射到一个值。
        • std::multimap：多重映射，允许多个键映射到相同的值。
      • 无序容器（C++11 引入）：哈希表，支持快速的查找、插入和删除
        • std::unordered_set：无序集合。
        • std::unordered_multiset：无序多重集合。
        • std::unordered_map：无序映射。
        • std::unordered_multimap：无序多重映射。
    • 算法（Algorithms）：排序、搜索、复制、移动、变换等；
    • 迭代器（iterators）：随机访问迭代器、双向迭代器、前向迭代器和输入输出迭代器等；
    • 函数对象（Function Objects）：可以像函数一样调用的对象，可用于算法中的各种操作。包括一元函数对象、二元函数对象、谓词等。
    • 适配器（Adapters）：用于将一种容器或迭代器适配成另一种容器或迭代器，以满足特定的需求，包括栈适配器（stack adapter）、队列适配器（queue adapter）和优先队列适配器（priority queue adapter）等。

容器

<array>: 定长数组容器

  • 基本语法：
std::array<T, N> array_name;

<vector>: 动态数组容器

  • 声明：
std::vector<int> myVector;
  • 访问元素：
int x = myVector[0]; // 获取第一个元素
int y = myVector.at(1); // 获取第二个元素
  • 添加元素：
myVector.push_back(10);
  • 删除元素：
myVector.pop_back()；// 删除末尾元素

myVector.erase(myVector.begin() + 2); // 根据迭代器删除指定元素
  • 迭代访问：
for (auto it = myVector.begin(); it != myVector.end(); ++it) {
    std::cout << *it << " ";
}
  • 清空：
myVector.clear(); // 清空 vector
  • 获取元素数量：
size_t size = myVector.size();
  • 判断是否为空：
myVector.empty();

<deque>: 双端队列容器

  • 声明：
std::deque<int> myDeque;
  • 访问元素：
myDeque[i];

myDeque.at(i)
  • 返回第一个/最后一个元素的引用：
myDeque.front();

myDeque.back();
  • 返回指向第一个/最后一个元素后一位置的迭代器：
myDeque.begin();

myDeque.end();
  • 检查是否为空：
myDeque.empty();
  • 获取元素个数：
myDeque.size();
  • 添加元素：
myDeque.push_back(const T& value);// 队尾

myDeque.push_front(const T& value);// 队头
  • 移除元素：
myDeque.pop_back();// 队尾

myDeque.pop_front();// 队头

erase(iterator pos);// 移除 pos 位置的元素
  • 清空：
myDeque.clear();
  • 调整容器大小：
myDeque.resize(size_type count);

<list>: 双向链表容器

  • 声明：
std::list<T> mylist;
  • 插入：
mylist.push_back(value);
  • 删除：
mylist.pop_back();

mylist.erase(iterator);// 根据迭代器删除指定位置节点
  • 访问：
mylist.front();

 mylist.back();
  • 遍历：
for (auto it = mylist.begin(); it != mylist.end(); ++it){
  ...
}

<forward_list>: 单向链表容器

  • std::forward_list 是单向链表，只能从前往后遍历，不能反向遍历；
  • 声明：
std::forward_list<int> fl;
  • 插入：
void push_front(const T& value);// 特别适合于需要在列表前端进行频繁插入和删除操作的场景
  • 移除：
void pop_front();
  • 返回迭代器：
iterator before_begin();// 返回指向列表前端之前的迭代器
iterator begin();// 返回指向列表前端的迭代器
iterator end();// 返回指向列表末尾的迭代器

<stack>: 栈容器适配器

  • <stack> 容器适配器提供了一个栈的接口，它基于其他容器（如 deque 或 vector）来实现;
  • 基本操作：
std::stack<int> s;// 声明

push();// 在栈顶添加一个元素。
pop();// 移除栈顶元素。
top();// 返回栈顶元素的引用，但不移除它。
empty();// 检查栈是否为空。
size();// 返回栈中元素的数量。

<queue>: 队列容器适配器

  • 队列的实现通常使用链表或动态数组，这取决于具体的实现；
  • 基本操作：
// 声明队列
std::queue<Type> q;

empty();// 检查队列是否为空。
size();// 返回队列中的元素数量。
front();// 返回队首元素的引用。
back();// 返回队尾元素的引用。
push();// 在队尾添加一个元素。
pop();// 移除队首元素。

<priority_queue>: 优先队列容器适配器

  • priority_queue 是一个容器适配器，优先队列是一种特殊的队列，它允许我们快速访问队列中具有最高（或最低）优先级的元素；
  • priority_queue 默认是一个最大堆；
  • 基本语法：
// 声明
priority_queue<int> pq;;

empty();// 检查队列是否为空。
size();// 返回队列中的元素数量。
top();// 返回队列顶部的元素（不删除它）。
push();// 向队列添加一个元素。
pop();// 移除队列顶部的元素。
  • 自定义优先队列排序规则：
// 声明一个自定义类型的优先队列，需要提供比较函数
struct compare {
    bool operator()(int a, int b) {
        return a > b; // 这里定义了最小堆
    }
};
priority_queue<int, vector<int>, compare> pq_min;
  • note：优先级队列的排序规则和其他排序规则如查找函数、set、map不同
    • 正常返回a>b指定为降序，而优先级队列会指定为升序；
    • 通常默认优先级队列为降序，而set、map默认为升序。

<set>: 集合容器（基于平衡二叉树）

  • 基于红黑树实现，特别适合需要快速查找、插入和删除操作的场景。
  • 基本语法：
// 声明一个整型 set 容器
std::set<int> mySet;

insert(元素);// 插入一个元素。
erase(元素);// 删除一个元素。
find(元素);// 查找一个元素——返回迭代器，如果未找到返回 mySet.end()。
size();// 返回容器中元素的数量。
empty();// 检查容器是否为空。

<unordered_set>: 无序集合容器（基于哈希表）

  • unordered_set 不保证元素的排序，但通常提供更快的查找、插入和删除操作；
  • 基本语法：
// 声明
std::unordered_set<int> uset;

insert(元素);// 插入一个元素。
erase(元素);// 删除一个元素。
find(元素);// 查找一个元素——返回迭代器，如果未找到返回 uset.end()。
size();// 返回容器中元素的数量。
empty();// 检查容器是否为空。
clear();// 清空。

<map>: 映射容器（键值对，基于平衡二叉树）

  • map用于存储键值对，单个元素可以看作为一个pair，一个map包含多个数对pair，因此for each遍历可以用pair取map的每个元素；
  • map 中的元素按照键的顺序自动排序，通常是升序；
  • 基本语法：
// 声明
std::map<key_type, value_type> myMap;

// 插入元素
myMap[key] = value;

// 访问元素
value = myMap[key];

// 遍历map
for (std::map<key_type, value_type>::iterator it = myMap.begin(); it != myMap.end(); ++it) {
    std::cout << it->first << " => " << it->second << std::endl;
}

// 检查键是否存在
if (myMap.find(key) != myMap.end()) {
    // 键存在
}

// 删除元素
myMap.erase(key);

// 清空map
myMap.clear();

// 获取map大小
size_t size = myMap.size();

<unordered_map>: 无序映射容器（基于哈希表）

  • 基本语法：
// 声明
std::unordered_map<int, std::string> myMap;

// 插入元素
myMap[key] = value;
myMap.insert({key, value});

// 访问元素
value = myMap[key];

// 遍历map
for (std::map<key_type, value_type>::iterator it = myMap.begin(); it != myMap.end(); ++it) {
    std::cout << it->first << " => " << it->second << std::endl;
}
for (const auto& pair : myMap) {
    std::cout << "Key: " << pair.first << ", Value: " << pair.second << std::endl;
}


// 检查键是否存在
if (myMap.find(key) != myMap.end()) {
    // 键存在
}

// 删除元素
myMap.erase(key);

<bitset>: 二进制位容器

算法和迭代器

<algorithm>: 常用算法（如排序、查找等）

  • 基本语法：
algorithm_name(container.begin(), container.end(), ...);

排序

  • 基本语法：
sort(container.begin(), container.end(), compare_function);
  • 其中 compare_function 是一个可选的比较函数，用于自定义排序方式

搜索

  • 基本语法：
auto it = find(container.begin(), container.end(), value);

复制

  • 基本语法：
copy(source_begin, source_end, destination_begin);

比较

  • 基本语法：
bool result = equal(first1, last1, first2);

// 或

bool result = equal(first1, last1, first2, compare_function);

<iterator>: 迭代器

  • 迭代器是一个对象，它提供了一种方法来遍历容器中的元素。迭代器可以被视为指向容器中元素的指针，但它比指针更加灵活和强大。迭代器可以用于访问、修改容器中的元素，并且可以与 STL 算法一起使用。
  • 分类：
    • 输入迭代器（Input Iterator）：只能进行单次读取操作，不能进行写入操作。
    • 输出迭代器（Output Iterator）：只能进行单次写入操作，不能进行读取操作。
    • 正向迭代器（Forward Iterator）：可以进行读取和写入操作，并且可以向前移动。
    • 双向迭代器（Bidirectional Iterator）：除了可以进行正向迭代器的所有操作外，还可以向后移动。
    • 随机访问迭代器（Random Access Iterator）：除了可以进行双向迭代器的所有操作外，还可以进行随机访问，例如通过下标访问元素。
  • 常用语法：
// 使用迭代器遍历容器
for (ContainerType::iterator it = container.begin(); it != container.end(); ++it) {
    // 访问元素 *it
}

函数对象和绑定

<functional>: 定义函数对象及相关工具

  • 函数对象是那些重载了 operator() 的对象，它们可以像普通函数一样被调用;
  • 常用的函数对象:
    • std::function：一个通用的多态函数封装器。
    • std::bind：用于绑定函数的参数。
    • std::plus、std::minus、std::multiplies、std::divides、std::modulus：基本的算术操作。
    • std::equal_to、std::not_equal_to、std::greater、std::less、std::greater_equal、std::less_equal：比较操作。
    • std::unary_negate、std::binary_negate：逻辑否定操作。
    • std::logical_and、std::logical_or、std::logical_not：逻辑操作。

字符串和正则表达式

<string>: 标准字符串类

  • 常用语法：
// 声明
std::string str;

// 使用 + 连接字符串
std::string result = str1 + str2;

// 常用成员函数
size();// 返回字符串的长度。

empty();// 检查字符串是否为空。

operator[];// 通过索引访问字符串中的字符。
at();// 访问字符串中指定位置的字符（带边界检查）

substr();// 获取子字符串。
std::string sub = str.substr(0, 5);

find();// 查找子字符串在主字符串中的位置。

replace();// 替换字符串中的某些字符。
str.replace(pos, length, "new_substring");

append();// 在字符串末尾添加内容
str.append(" more");

insert();// 在指定位置插入内容。
str.insert(pos, "inserted");

erase();// 删除指定位置的字符或子字符串。
str.erase(pos, length);

clear();// 清空字符串。
str.clear();

<regex>: 正则表达式

  • 正则表达式的基本组成
    • 字符类：如 [abc] 表示匹配 a、b 或 c 中的任意一个字符。
    • 量词：如 *（零次或多次）、+（一次或多次）、?（零次或一次）。
    • 边界匹配：如 ^（行的开始）、$（行的结束）。
    • 分组：使用圆括号 () 来创建一个分组。

标签：std,容器,迭代,队列,元素,C++,学习,myDeque,刷题
From： https://www.cnblogs.com/gq-z/p/18424564

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