1. 标准模板库 STL 概述
1 泛型程序设计
C++中有两个方面体现重用:
- 面向对象的思想:继承和多态,标准类库
- 泛型程序设计(generic programming)的思想:模板机制,以及标准模板库 STL。
泛型程序设计:简单的说就是使用模板的程序设计法。
将一些常用的数据结构(比如链表,数组,二叉树)写成类模板,算法(比如排序,查找)写成函数模板。
标准模板库(STL)就是一些常用数据结构和算法的模板的集合。
- 容器:可容纳各种数据类型的通用数据结构,是类模板
- 迭代器:可用于依次存取容器中元素,类似于指针
- 算法:用来操作容器中的元素的函数模板
sort() 来对一个 vector 中的数据进行排序。
find() 来搜索一个 list 中的对象。
算法本身与它们操作的数据的类型无关,因此它们可以在从简单数组到高度复杂容器的任何数据结构上使用。
int array[100];
该数组就是容器,而 int * 类型的指针变量就可以作为迭代器, sort 算法可以作用于该容器上,对其进行排序:
sort (array, array+70); //将前70个元素排序。
2 容器概述
- 顺序容器:vector,deque,list
- 关联容器:set,multiset,map,multimap
- 容器适配器:stack,queue,priority_queue
对象被插入容器中时,被插入的是对象的一个复制品。许多算法,比如排序、查找,要求对容器中的元素进行比较,还有的容器本身就是排序的,所以,放入容器的对象所属的类,往往还应该重载 "==" 和 "<" 运算符。
2.1 顺序容器简介
容器并非排序的,元素的插入位置同元素的值无关。
有 vector,deque,list 三种。
2.1.1 vector
- vector :头文件 <vector>
动态数组。元素在内存连续存放。随机存取任何元素都能在常数时间完成。在尾端增删元素具有较佳的性能(大部分情况下是常数时间,只有原先分配的内存不足,需重新分配内存的情况下才不是常数时间)。在头部和中间增删元素为O(N)时间。
2.1.2 deque
- deque:头文件 <deque>
双向队列。元素在内存连续存放。随机存取任何元素都能在常数时间完成(但次于 vector)。在两端增删元素具有较佳的性能(大部分情况下是常数时间)。
2.1.3 list
- list: 头文件 <list>
双向链表。元素在内存不连续存放。在任何位置增删元素都能在常数时间完成。不支持随机存取。
2.2 关联容器简介
- 元素是排序的。
- 插入任何元素,都按相应的排序规则来确定其位置。
- 在查找时具有非常好的性能。
- 通常以平衡二叉树方式实现,插入和检索的时间都是 O(log(N)) 。
2.2.1 set/multiset
- set/multiset:头文件 <set>
set 即集合。 set 中不允许相同元素,multiset 中允许存在相同的元素。
2.2.2 map/multimap
- map/multimap:头文件 <map>
map 与 set 的不同在于 map 中存放的元素有且仅有两个成员变量,一个名为 first,另一个名为 second, map 根据 first 值对元素进行从小到大排序,并可快速地根据 first 来检索元素。(first:key;second:value)。
map 和 multimap 的不同在于是否允许相同 first 值的元素。
2.3 容器适配器简介
2.3.1 stack
- stack:头文件 <stack>
栈。是项的有限序列,并满足序列中被删除、检索和修改的项只能是最近插入序列的项(栈顶的项)。后进先出。
2.3.2 queue
- queue:头文件 <queue>
队列。插入只可以在尾部进行,删除、检索和修改只允许从头部进行。先进先出。
2.3.3 priority_queue
- priority_queue:头文件 <queue>
优先级队列。最高优先级元素总是第一个出列。
2.4 顺序容器和关联容器中都有的成员函数
2.5 顺序容器常用的成员函数
3 迭代器
- 用于指向顺序容器和关联容器中的元素。
- 迭代器用法和指针类似。
- 有 const 和非 const 两种。
- 通过迭代器可以读取它指向的元素。
- 通过非 const 迭代器还能修改其指向的元素。
定义一个容器类的迭代器的方法可以是:
容器类名::iterator 变量名;
容器类名::const_iterator 变量名;
访问一个迭代器指向的元素:
* 迭代器变量名
迭代器上可以执行 ++ 操作,以式其指向容器中的下一个元素。如果迭代器到达了容器中的最后一个元素的后面,此时再使用它,就会出错,类似于使用 NULL 或未初始化的指针一样。
#include <iostream>
#include <vector>
using namespace std;
int main()
{
vector<int> v; //一个存放 int 元素的数组,一开始里面没有元素。
v.push_back(1);
v.push_back(2);
v.push_back(3);
v.push_back(4);
vector<int>::const_iterator i; //常量迭代器
for( i=v.begin();i!=v.end();i++)
cout << *i << ",";
cout << endl;
vector<int>::reverse_iterator r; //反向迭代器
for( r=v.rbegin();r!=v.rend();r++)
cout << *r << ",";
cout << endl;
vector<int>::iterator j; //非常量迭代器
for( j=v.begin();j!=v.end();j++)
*j = 100; //修改迭代器所指向内容的值
for( i=v.begin();i!=v.end();i++)
cout << *i << ",";
system("pause");
return 0;
}
3.2 双向迭代器
若 p 和 p1 都是双向迭代器,则可对 p、p1 可进行以下操作:
- ++p,p++ :使 p 指向容器中下一个元素。
- --p,p-- :使 p 指向容器中上一个元素。
- * p :取 p 指向的元素。
- p = p1 :赋值。
- p == p1,p != p1 :判断是否相等、不等。
3.3 随机访问迭代器
若 p 和 p1 都是随机访问迭代器,则可对 p、p1 可进行以下操作:
- 双向迭代器的所有操作。
- p += i :将 p 向后移动 i 个元素。
- p - = i :将 p 向前移动 i 个元素。
- p + i :值为:指向 p 后面的第 i 个元素的迭代器。
- p - i :值为:指向 p 前面的第 i 个元素的迭代器。
- p [i] :值为:p 后面的第 i 个元素的引用。
- p < p1,p <= p1,p > p1,p >= p1
容器 容器上的迭代器类别
vector、deque 随机访问
list、set/multiset、map/multimap 双向
stack、queue、priority_queue 不支持迭代器
有的算法,例如 sort ,binary_search 需要通过随机访问迭代器来访问容器中的元素,那么 list 以及关联容器就不支持该算法。
vector 的迭代器是随机迭代器,遍历 vector 可以有以下几种做法(deque 亦然):
vector<int> v(100);
int i;
for(i=0;i<v.size();i++)
cout << v[i]; //根据下标随机访问
vector<int>::const_iterator ii;
for(ii=v.begin();ii!=v.end();ii++)
cout << *ii;
for(ii=v.begin();ii<v.end();ii++)
cout << *ii;
ii = v.begin();
while(ii<v.end())
{
cout << *ii;
ii = ii + 2; //间隔一个输出
}
list 的迭代器是双向迭代器,正确的遍历 list 的方法:
list<int> v;
list<int>::const_iterator ii;
for(ii=v.begin();ii!=v.end();ii++)
cout << *ii;
错误的做法:
for(ii=v.begin();ii < v.end();ii++)
cout << *ii;
for(int i=0;i<v.size();i++)
cout << v[i];
//双向迭代器不支持 < ,list 没有 [] 成员。
4 算法简介
- 算法就是一个个函数模板,大多数在<algorithm>中定义。
- 算法通过迭代器来操纵容器中的元素。许多算法可以对容器中的一个局部区间进行操作,因此需要两个参数,一个是起始元素的迭代器,一个是终止元素的后面一个元素的迭代器。比如,排序和查找。
- 有的算法返回一个迭代器。比如 find() 算法,在容器中查找一个元素,并返回一个指向该元素的迭代器。
- 算法可以处理容器,也可以处理普通数组。
4.1 算法实例:find()
template<class Init, class T>
Init find(Init first, Init last, const T & val);
- first 和 last 这两个参数都是容器的迭代器,它们给出了容器中的查找区间起点和终点 [first, last)。区间的起点位于查找范围之中的,而终点不是。find 在 [first, last) 查找等于 val 的元素。
- 用“==”运算符判断相等。
- 函数返回值是一个迭代器。如果找到,则该迭代器指向被找到的元素。如果找不到,则该迭代器等于 last。
#include <iostream>
#include <vector>
#include <algorithm>
using namespace std;
int main()
{//find 算法示例
int array[10] = {10,20,30,40};
vector<int> v;
v.push_back(1);
v.push_back(2);
v.push_back(3);
v.push_back(4);
vector<int>::iterator p;
p = find(v.begin(),v.end(),3); //包含v.begin(),不包含v.end()
if(p!=v.end())
cout << *p << endl; //输出3
p = find(v.begin(),v.end(),9);
if(p==v.end())
cout << "not found" << endl;
p = find(v.begin()+1,v.end()-2,1); //整个容器:[1,2,3,4],查找区间:[2,3)
if(p!=v.end())
cout << *p << endl; //找不到,指向v.end()-2,输出3
int * pp = find(array,array+4,20); //数组名是迭代器
cout << *pp << endl;
system("pause");
return 0;
}