【C++】C++中的std::fill函数使用详解

目录

一.std::fill函数介绍

1.函数原型

2.函数使用

3.注意事项

4.函数性能

5.替代方法

二. 初始化容器的其他方法

1.使用构造函数初始化

2.使用范围构造函数

3.使用赋值操作符

4.使用 std::fill_n

5.使用循环手动初始化

6.使用 std::generate 或 std::generate_n

7.使用 std::copy 或 std::copy_n

8.使用容器的 assign 方法

三.std::fill 和 std::fill_n的差异

1.性能差异

2.示例代码

---

一.std::fill函数介绍

std::fill 是C++标准库中的一个函数，定义在 <algorithm> 头文件中。

std::fill作用：它用于将指定的值赋给一个给定范围内的所有元素，常用于数据结构初始化

下面是对 std::fill 的代码实例： 

#include <algorithm> // 包含 std::fill
#include <vector>
 
int main() {
    std::vector<int> vec = {1, 2, 3, 4, 5};
    std::fill(vec.begin(), vec.end(), 0); // 将 vec 中的所有元素设置为 0
    return 0;
}

1.函数原型

std::fill 有几种不同的重载形式，但最常用的是：

 
template<class ForwardIterator, class T> void fill(ForwardIterator first, ForwardIterator last, const T& value);

• ForwardIterator: 一个前向迭代器，可以是指向容器元素的迭代器，如 std::vector、std::list 等。
• T: 赋值的类型，可以是任意可赋值类型。
• first: 范围的起始迭代器。
• last: 范围的结束迭代器（不包括在内）。
• value: 要赋给范围内每个元素的值。

2.函数使用

#include <algorithm> // 包含 std::fill
#include <vector>
 
int main() {
    std::vector<int> vec = {1, 2, 3, 4, 5};
    std::fill(vec.begin(), vec.end(), 10); // 将 vec 中的所有元素设置为 10
 
    int arr[] = {1, 2, 3, 4, 5};
    std::fill(std::begin(arr), std::end(arr), 20); // 使用 std::begin 和 std::end 来获取数组的迭代器
 
    std::list<int> lst = {1, 2, 3, 4, 5};
    std::fill(lst.begin(), lst.end(), 30); // 将 list 中的所有元素设置为 30
 
    return 0;
}

3.注意事项

• std::fill 会改变 first 和 last 之间的所有元素，包括 first 但不包括 last。
• 如果 first 和 last 是相同的迭代器，或者 last 在 first 之前，那么 std::fill 不会执行任何操作。
• std::fill 可以用于任何类型的迭代器，只要它们支持解引用和赋值操作。
• 使用 std::fill 时，需要确保 value 的类型与容器元素的类型兼容。

4.函数性能

std::fill 通常用于快速初始化或重置容器中的元素。它的性能取决于赋值操作的复杂性，但对于简单的数据类型，如整数或指针，性能通常非常高效。

5.替代方法

对于某些容器，如 std::vector 或 std::array 等，它们提供了自己的 fill 方法，用于将所有元素初始化为一个特定的值。你可以使用它们的构造函数或成员函数 fill 来初始化容器。例如：

std::vector<int> vec(10, 1); // 创建一个大小为 10 的 vector，所有元素初始化为 1
std::array<int, 5> arr = {0, 1, 2, 3, 4};
arr.fill(2); // 将 arr 中的所有元素设置为 2

这些替代方法通常在初始化容器时使用，而 std::fill 更适用于在容器已经存在时修改其内容。

二. 初始化容器的其他方法

在C++中，除了使用 std::fill 来初始化容器，还可以使用以下几种方法：

1.使用构造函数初始化

对于大多数标准库容器，如 std::vector、std::array、std::deque 等，你可以在创建容器时使用构造函数来初始化元素。

std::vector<int> vec(10, 100); // 创建一个包含10个元素的vector，每个元素初始化为100 std::array<int, 5> arr = {1, 2, 3, 4, 5}; // 创建一个array，使用大括号初始化

2.使用范围构造函数

 如果你有一个初始化列表或者一个范围，你可以使用范围构造函数来初始化容器。

std::vector<int> vec = {1, 2, 3, 4, 5}; // 使用花括号初始化vector std::list<int> lst(std::begin(vec), std::end(vec)); // 使用另一个容器的元素范围来初始化list

3.使用赋值操作符

对于某些容器，如 std::vector，你可以使用赋值操作符来初始化或重新初始化容器。

std::vector<int> vec; vec = {1, 2, 3, 4, 5}; // 使用花括号对vector进行赋值初始化

4.使用 std::fill_n

std::fill_n 是 std::fill 的一个变体，它接受一个计数参数，将一个值赋给从起始迭代器开始的指定数量的元素。

int arr[5]; std::fill_n(std::begin(arr), 5, 1); // 将前5个元素设置为1

5.使用循环手动初始化

虽然这不是一个算法，但在某些情况下，你可能需要手动使用循环来初始化容器。

std::vector<int> vec(10); for (int i = 0; i < vec.size(); ++i) { vec[i] = i * 2; // 初始化每个元素为它的索引乘以2 }

6.使用 std::generate 或 std::generate_n

这些算法可以用来生成一个值的序列，并将它们赋给容器中的元素。

std::vector<int> vec(10); std::generate(vec.begin(), vec.end(), [&] { return rand() % 100; }); // 使用 lambda 表达式生成随机数 std::generate_n(std::back_inserter(vec), 5, [&] { return rand() % 100; }); // 向vec添加5个随机数

7.使用 std::copy 或 std::copy_n

如果你有一个源范围，你可以使用 std::copy 或 std::copy_n 来初始化容器。

int arr[5] = {1, 2, 3, 4, 5}; std::vector<int> vec; vec.reserve(5); std::copy(std::begin(arr), std::end(arr), std::back_inserter(vec)); // 复制arr到vec

8.使用容器的 assign 方法

某些容器提供了 assign 方法，可以用来替换容器中的所有元素。

std::vector<int> vec; vec.assign({1, 2, 3, 4, 5}); // 使用初始化列表重新初始化vec

这些方法可以根据你的具体需求和场景选择使用。

三.std::fill 和 std::fill_n的差异

std::fill 和 std::fill_n 都是C++标准库中的算法，用于初始化一系列元素，但它们在性能上的差异主要体现在使用场景和效率上：

1. std::fill：

   • std::fill 接受两个迭代器和一个值作为参数，将迭代器范围内的所有元素设置为给定的值。
   • 它通常用于填充一个已知范围，例如容器的开始到结束。

2. std::fill_n：

   • std::fill_n 接受一个迭代器、一个计数和一个值作为参数，将迭代器开始的指定数量的元素设置为给定的值。
   • 它适用于需要填充固定数量元素的场景。

1.性能差异

• 效率：

  std::fill_n 通常比 std::fill 更高效，因为它直接知道要填充的元素数量，不需要迭代到容器的末尾。这减少了迭代次数，特别是在处理大型容器时，可以显著提高性能。

• 使用场景：

  std::fill 更适用于填充直到容器末尾的所有元素，而 std::fill_n 更适用于已知需要填充的元素数量，但不一定知道容器的末尾迭代器。

• 循环优化：

  现代编译器可能会对 std::fill_n 进行更好的循环优化，因为它提供了明确的循环次数，这有助于编译器进行更有效的指令调度和循环展开。

• 内存访问模式：

    两者在内存访问模式上相似，都是连续写入操作，但由于 std::fill_n 的循环次数已知，可能在某些情况下获得更好的内存访问模式优化。

2.示例代码

// 假设有一个非常大的容器 int value = 42; 
// 使用 std::fill 
std::vector<int> vec(1000000); std::fill(vec.begin(), vec.end(), value); 
// 使用 std::fill_n 
std::fill_n(vec.begin(), vec.size(), value);

在实际应用中，如果你知道要填充的元素数量，使用 std::fill_n 通常是更好的选择，因为它提供了更好的性能优化机会。然而，如果你需要填充直到容器末尾的所有元素，std::fill 是更合适的选择。在某些情况下，两者的性能差异可能非常小，尤其是在容器较小或编译器优化非常有效的情况下。