STL标准模板库
STL中文名标准模板库,有惠普实验室(使用C++模板语言封装的常用的数据结构与算法)
STL中有六大组件:
*算法:以函数模板形式实现的常用算法,例如:swap、max、min、find、sort
*容器:以类模板的形式实现常用数据结构,例如vector(顺序表)、list、array、deque、map、set、multimap、multiset
*迭代器:泛型指针,是一种智能指针,它是容器的成员,用于帮助访问容器中的元素,使用方法类似于指针
适配器(配置器、配接器):一种用于修饰容器、仿函数、迭代器的东西,例如stack、queue(底层借助deque)、priority_queue(底层借助vector实现)
仿函数:行为类似函数的类,通过重载()运算符实现效果,目的是为了让算法功能更加灵活
空间适配器(分配器):为容器提供自定义内存的管理和配置,由于只是高级用户才能有改变策略分配内存的权限,因此对于一般用户而言不常用,按照默认管理方式执行
六大组件之间的关系:
容器通过空间适配器获取数据的存储空间,(容器中必定存在空间适配器)
*算法通过迭代器获取容器的元素和内存,容器必须提供迭代器,算法才能操作容器
仿函数协助完成算法的策略变化
适配器用于修饰容器、迭代器、仿函数
就目前而言,需要理解使用的:算法、容器(部分适配器)、迭代器
学习STL的三部曲:
能用、明理(了解泛型编程技术内涵、STL的底层源码)、能扩展
侯捷 STL
一、常用算法
1、max、min 找出两个数据中的最大、最小值
2、max_element、min_element 找出[strat,end)范围内的最大、最小值
注意:待比较的元素必须支持 < 运算符,且类型完全相同
3、swap 交换两个数据,数据类型必须支持 = 运算符
4、iterator find(iterator start, iterator end, const TYPE& val);
功能:顺序查找
start:指向待查找的第一个元素的指针、迭代器类型
end:指向待查找的最后一个元素的下一个位置的指针、迭代器
val:待查找的数据
返回值:
找到[start,end)范围内的第一个值为val的迭代器
找不到返回 end位置的迭代器
5、sort
void sort( iterator start, iterator end );
void sort( iterator start, iterator end, StrictWeakOrdering cmp );
功能:对[start,end)范围排序
注意:元素要支持 < 运算符,否则后面需要提供比较回调函数
注意:默认升序,如果想要降序,也是提供比较的回调函数
cmp:
bool cmp(TYPE& a,TYPE& b)
{
return a>b;
}
sort采用什么排序算法?
用到了快排,但不只是快排,会根据数据状态结合上插入排序、堆排序
数据流很大时采用快排进行分段排序,一旦分段后的数据量小于一个阈值(16),为了避免快排递归调用额外消耗,改用插入排序
如果递归层次数过深还会改用堆排序
二、vector 向量容器(变长)
#include <vector>
采用顺序结构存储数据,可以使用下标进行随机访问,有时候也叫数组容器(C++11中增加了array的容器(定长数组容器),相比普通数组它是类类型,增加了成员函数,提高安全性)
vector是可变长的顺序表结构,可以自动扩容,容器中的元素存储在连续的内存,支持随机访问,尾插入、尾删除效率 O(1),但是在指定位置进行插入、删除效率 O(n),因为要保证数据的连续性
构造函数:
vector( size_type num, const TYPE& val = TYPE() );
num:数组的长度
val:初始化数据,全部赋为val,不给默认0,自建类型通过该类型的无参构造的结果来初始化
vector( input_iterator start, input_iterator end );
功能:使用一段范围[start,end)中的数据进行初始化向量
支持的运算符
==, !=, <=, >=, <, >, 对容器整体比较,会对两个容器中的元素按顺序依次比较,一旦某个元素比较出结果就立即结束
元素需要支持 < 运算符 才能比较
=
[] 跟普通数组一样,不会检查下标是否合法,如果访问的下标>=size()的个数,可能段错误
成员函数:
void assign( size_type num, const TYPE& val );
功能:给向量的前num个元素赋值为val
void assign( input_iterator start, input_iterator end );
功能:使用[start,end)的数据给向量赋值
TYPE& at( size_type loc );
const TYPE& at( size_type loc ) const;
功能:访问向量loc下标,功能相当于[],当loc越界时,at成员函数会抛异常,相比[]更加安全
TYPE& back();
const TYPE& back() const;
功能:访问向量中的最后一个元素
TYPE& front();
const TYPE& front() const;
功能:访问向量中的第一个元素
iterator begin();
功能:返回指向第一个元素的正向迭代器
const_iterator begin() const;
功能:返回指向第一个元素的正向常迭代器
使用:vector<int>::iterator it = v.begin();
注意:需要通过容器中的迭代器来操作容器的数据和内存
vector<类型> v;
vector<类型>::iterator it = v.begin();
在C++11中auto可以用于自动识别数据类型,并定义该类型的变量,可以很方便地定义迭代器类型
auto num = 10; //num int
auto it = v.begin(); //it vector<类型>::iterator it = v.begin();
注意:虽然迭代器在vector用处不大,但是对于其他容器,迭代器是唯一一种遍历的方式
iterator end();
功能:返回指向最后一个元素的下一个位置的正向迭代器
const_iterator end() const;
功能:返回指向最后一个元素的下一个位置的正向常迭代器
reverse_iterator rbegin();
功能:返回一个逆向迭代器,它指向最后一个元素
const_reverse_iterator rbegin() const;
功能:返回一个逆向常迭代器,它指向最后一个元素
reverse_iterator rend();
功能:返回一个逆向迭代器,它指向第一个元素的前一个位置
const_reverse_iterator rend() const;
功能:返回一个逆向常迭代器,它指向第一个元素的前一个位置
注意:你想迭代器也是指向一个位置,与正向迭代器的区别是,执行++操作时是往前一个元素逆向移动
size_type capacity() const;
功能:获取该向量的容量
void clear();
功能:清空向量中的所有元素
容量不变,从中删除释放所有元素,如果元素是类类型,会执行析构函数,元素数量变0
bool empty() const;
功能:当向量为空返回真
iterator erase( iterator loc );
功能:删除loc位置的元素
返回删除后loc的位置的迭代器
iterator erase( iterator start, iterator end );
功能:删除[start,end)范围的元素
返回删除后start的位置的迭代器
注意:只能提供迭代器进行删除,数量-1,释放,容量不变
iterator insert( iterator loc, const TYPE& val );
功能:在loc位置插入值为val的元素
返回值:获取loc的迭代器,loc会随着函数结束有可能发送变化,如果想要连续往同一个loc位置插入,需要宠幸接收
void insert( iterator loc, size_type num, const TYPE& val );
功能:在loc位置插入num个值为val的元素
void insert( iterator loc, input_iterator start, input_iterator end );
功能:在loc位置插入一组[start,end)元素
注意:如果插入、添加数据时、向量刚好没有空余位置时,向量会进行自动扩容,一般在原容量基础上翻倍
size_type max_size() const;
功能:用于计算理论上向量能存储的最大元素数量,受到元素的类型影响
void pop_back();
功能:在末尾位置删除元素
void push_back( const TYPE& val );
功能:在末尾位置添加一个值为val的元素
效率:O(1)
void reserve( size_type size );
功能:修改向量的容量为size,只能比原来容量大才能修改
可以进行预分配,从而提高效率,减少扩容次数(耗时)
但是意味着内存可能会闲置
每次扩容可能会拷贝原向量中的所有对象进行拷贝构造,还要把原向量中的对象进行析构,如果频繁地扩容会严重影响vector性能,因此需要在合适的时候进行预分配
shrink_to_fit() 取消闲置的内存
void resize( size_type num, const TYPE& val = TYPE() );
功能:修改向量的元素数量
如果num>size() 在末尾增加到num个值为val元素
如果num<size() 相当于在末尾删除到num个元素
size_type size() const;
功能:获取向量的元素数量
void swap( container& from );
功能:交换两个向量的元素
三、链表容器 List
#include <list>
是一个功能齐全的双向链表
支持的运算符:
==, !=, <=, >=, <, >, =
也是链表与链表之间的比较和赋值
注意:链表中元素必须支持 < 运算符才能使用
void assign( size_type num, const TYPE& val );
功能:向链表中赋值num个值为val的元素
void assign( input_iterator start, input_iterator end );
功能:向链表中赋值[start,end)范围的元素
对整个链表进行赋值
back 访问第一个
front 访问最后一个元素
begin 返回第一个位置的正向迭代器
end 返回最后一个位置的下一个位置的正向迭代器
rbegin 返回最有一个位置的逆向迭代器
rend 返回第一个位置的前一个位置的逆向迭代器
clear 清空链表中的元素
empty 判断是否为空链表
max_size 理论上最多能存储的个数
iterator erase( iterator loc );
删除位置loc的元素,只能提供迭代器对象,不能直接提供地址
iterator erase( iterator start, iterator end );
注意:list的迭代器不允许 it+n it+=n语法,因为list是链式结构不支持随机访问
但是 it++ ++it 是通过结点的next找下一个结点 是允许的
iterator insert( iterator loc, const TYPE& val );
功能:在loc位置插入值为val的元素
void insert( iterator loc, size_type num, const TYPE& val );
功能:在loc位置插入num个值为val的元素
template<TYPE> void insert( iterator loc, input_iterator start,input_iterator end );
功能:在loc位置插入一组[start,end)范围的元素
void merge( list &lst );
功能:按照顺序合并两个链表
1、如果合并前是无序的,则合并后也是无序
2、如果合并两个有序链表,合并后也有序
默认下只对升序链表合并后才是升序有序
void merge( list &lst, BinPred compfunction );
如果想要进行降序排序,需要以回调形式提供compfunction比较方法
想要有序合并,链表元素必须支持 < 运算符,否则也需要提比较方法才能合并
合并结束后 lst的元素数量为0
pop_front 头删除
push_front 头添加
void remove(const TYPE &val);
功能:删除链表中值为val的所有元素
void remove_if( UnPred pr);
功能:删除符合条件pr的所有元素
pr
bool cmp(const TYPE& val)
{
return val >= left && val <=right;
// 符合[left,right]范围的数据删除
}
void resize( size_type num, const TYPE& val = TYPE() );
功能:修改向量的元素数量
如果num>size() 在末尾增加到num个值为val元素
如果num<size() 相当于在末尾删除到num个元素
void sort();
功能:对list进行升序排序,要求元素支持 < 运算符
void sort( BinPred p );
功能:对list进行排序,可以通过提供二元谓词比较 > 运算符比较进行降序排序,如果元素不支持 < 运算符,也需要提供比较回调函数
p:
bool cmp(TYPE& a,TYPE& b)
{
return a > b;//降序
}
void splice( iterator pos, list& lst );
功能:把链表lst合并到当前链表的pos指定位置,结束后lst数量为0
void splice( iterator pos, list& lst, iterator del );
功能:把lst的del位置开始合并到当前链表的pos位置,并且lst中del位置会删除
void splice( iterator pos, list& lst, iterator start, iterator end );
功能:把lst的[strat,end)位置合并到当前链表的pos位置,并且lst中[start,end)位置会删除
void swap( container& from);
功能:交换两个链表
void unique();
功能:删除链表中的重复元素
void unique( BinPred pr);
功能:删除链表中满足条件pr的重复元素