《C++ STL —— 数据结构与算法实现》第一章_c++ stl——数据结构与算法实现

在C++中，STL全称是Standard Template Library，即标准模板库，是C++标准库中重要的组成

一、STL的组成

STL包含容器、迭代器、算法、函数对象、适配器、空间配置器，其中前三者称为STL三大件

容器

分为序列式容器和关联式容器
序列式：vector，queue，deque，list，stack
关联式：set，multiset，map， multimap模板类，还包括基于散列函数的unordered_set，unordered_map，unordered_multiset，unordered_multimap

算法

标准库定义了一组通用的泛型算法，主要用于操作处理容器中的元素，包括增，删，改，排序等等。

泛型算法，在设计上采用C++的模板技术，以函数模板的形式提供，可以支持不同类型的容器对象

以泛型算法所实现的功能，可分为一下几类

1. 非可变序列算法：不改变容器元素的值和顺序，主要是查询、搜索、统计等
2. 可变序列算法：改变容器元素的值或顺序，增，删，改，排序，随机重排等
3. 排序相关算法：主要包括sort算法，stable_sort算法，二分搜索binary_search，归并merge算法，以及集合操作相关算法
4. 数值计算算法：这类算法提供了一组高效的数值计算模板函数，主要包括递增填充iota、累加和accumulate、序列和partial_sum、内积inner_product和相邻差adjacent_difference等

迭代器

连接容器和泛型算法的之间的桥梁 —— 迭代器，其行为类似指针

迭代器一般会包含在容器相应容器的头文件中，例如#include<vector>，也有一些包含在头文件#include<iterator>中

按定义分类可分为四种

1. 正向
   容器类名::iterator 迭代器名;

2. 常量正向
   容器类名::const_iterator 迭代器名

3. 反向
   容器类名::reverse_iterator 迭代器名;

4. 常量反向
   容器类名::const_reverse_iterator 迭代器名

迭代器用法

通过迭代器可以读取它指向的元素，*迭代器名就表示迭代器指向的元素。通过非常量迭代器还能修改其指向的元素。

迭代器都可以进行++操作。反向迭代器和正向迭代器的区别在于：

• 对正向迭代器进行++操作时，迭代器会指向容器中的后一个元素

• 对反向迭代器进行++操作时，迭代器会指向容器中的前一个元素

#include <iostream>
#include <vector>
using namespace std;
int main()
{
    vector<int> v;  //v是存放int类型变量的可变长数组，开始时没有元素
    for (int n = 0; n<5; ++n)
        v.push_back(n);  //push_back成员函数在vector容器尾部添加一个元素
    vector<int>::iterator i;  //定义正向迭代器
    for (i = v.begin(); i != v.end(); ++i) {  //用迭代器遍历容器
        cout << *i << " ";  //*i 就是迭代器i指向的元素
        *i *= 2;  //每个元素变为原来的2倍
    }
    cout << endl;
    //用反向迭代器遍历容器
    for (vector<int>::reverse_iterator j = v.rbegin(); j != v.rend(); ++j)
        cout << *j << " ";
    return 0;
}
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程序的输出结果是：
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8 6 4 2 0

第 6 行，vector 容器有多个构造函数，如果用无参构造函数初始化，则容器一开始是空的。

第 10 行，begin 成员函数返回指向容器中第一个元素的迭代器。++i 使得 i 指向容器中的下一个元素。end 成员函数返回的不是指向最后一个元素的迭代器，而是指向最后一个元素后面的位置的迭代器，因此循环的终止条件是i != v.end()。

第 16 行定义了反向迭代器用以遍历容器。反向迭代器进行++操作后，会指向容器中的上一个元素。rbegin 成员函数返回指向容器中最后一个元素的迭代器，rend 成员函数返回指向容器中第一个元素前面的位置的迭代器，因此本循环实际上是从后往前遍历整个数组。

如果迭代器指向了容器中最后一个元素的后面或第一个元素的前面，再通过该迭代器访问元素，就有可能导致程序崩溃，这和访问 NULL 或未初始化的指针指向的地方类似。

第 10 行和第 16 行，写++i、++j相比于写i++、j++，程序的执行速度更快。回顾++被重载成前置和后置运算符的例子如下：

CDemo CDemo::operator++ ()
{  //前置++
    ++n;
    return *this;
}
CDemo CDemo::operator ++(int k)
{  //后置++
    CDemo tmp(*this);  //记录修改前的对象
    n++;
    return tmp;  //返回修改前的对象
}
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后置++要多生成一个局部对象 tmp，因此执行速度比前置的慢。同理，迭代器是一个对象，STL 在重载迭代器的++运算符时，后置形式也比前置形式慢。在次数很多的循环中，++i和i++可能就会造成运行时间上可观的差别了。因此，本教程在前面特别提到，对循环控制变量i，要养成写++i、不写i++的习惯。

注意，容器适配器 stack、queue 和 priority_queue 没有迭代器。容器适配器有一些成员函数，可以用来对元素进行访问。

迭代器的功能分类

不同容器的迭代器，其功能强弱有所不同。容器的迭代器的功能强弱，决定了该容器是否支持 STL 中的某种算法。例如，排序算法需要通过随机访问迭代器来访问容器中的元素，因此有的容器就不支持排序算法。

常用的迭代器按功能强弱分为输入、输出、正向、双向、随机访问五种，这里只介绍常用的三种。

1. 正向迭代器。假设 p 是一个正向迭代器，则 p 支持以下操作：++p，p++，*p。此外，两个正向迭代器可以互相赋值，还可以用==和!=运算符进行比较。

2. 双向迭代器。双向迭代器具有正向迭代器的全部功能。除此之外，若 p 是一个双向迭代器，则--p和p--都是有定义的。--p使得 p 朝和++p相反的方向移动。

3. 随机访问迭代器。随机访问迭代器具有双向迭代器的全部功能。若 p 是一个随机访问迭代器，i 是一个整型变量或常量，则 p 还支持以下操作：

• p+=i：使得 p 往后移动 i 个元素。
• p-=i：使得 p 往前移动 i 个元素。
• p+i：返回 p 后面第 i 个元素的迭代器。
• p-i：返回 p 前面第 i 个元素的迭代器。
• p[i]：返回 p 后面第 i 个元素的引用。

此外，两个随机访问迭代器 p1、p2 还可以用 <、>、<=、>= 运算符进行比较。p1<p2的含义是：p1 经过若干次（至少一次）++操作后，就会等于 p2。其他比较方式的含义与此类似。

对于两个随机访问迭代器 p1、p2，表达式p2-p1也是有定义的，其返回值是 p2 所指向元素和 p1 所指向元素的序号之差（也可以说是 p2 和 p1 之间的元素个数减一）。

表1所示为不同容器的迭代器的功能。

例如，vector 的迭代器是随机迭代器，因此遍历 vector 容器有以下几种做法。下面的程序中，每个循环演示了一种做法。

【实例】遍历 vector 容器。

#include <iostream>
#include <vector>
using namespace std;
int main()
{
    vector<int> v(100); //v被初始化成有100个元素
    for(int i = 0;i < v.size() ; ++i) //size返回元素个数
        cout << v[i]; //像普通数组一样使用vector容器
    vector<int>::iterator i;
    for(i = v.begin(); i != v.end (); ++i) //用 != 比较两个迭代器
        cout << * i;
    for(i = v.begin(); i < v.end ();++i) //用 < 比较两个迭代器
        cout << * i;
    i = v.begin();
    while(i < v.end()) { //间隔一个输出
        cout << * i;
        i += 2; // 随机访问迭代器支持 "+= 整数"  的操作
    }
}
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list 容器的迭代器是双向迭代器。假设 v 和 i 的定义如下：

list<int> v;
list<int>::const_iterator i;
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则以下代码是合法的：

for(i=v.begin(); i!=v.end(); ++i)
cout << *i;
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以下代码则不合法：

for(i=v.begin(); i<v.end(); ++i)
cout << *i;
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2

因为双向迭代器不支持用“<”进行比较。以下代码也不合法：

for(int i=0; i<v.size(); ++i)
cout << v[i];
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2

因为 list 不支持随机访问迭代器的容器，也不支持用下标随机访问其元素。

在 C++ 中，数组也是容器。数组的迭代器就是指针，而且是随机访问迭代器。例如，对于数组 int a[10]，int * 类型的指针就是其迭代器。则 a、a+1、a+2 都是 a 的迭代器。

迭代器的辅助函数

STL 中有用于操作迭代器的三个函数模板，它们是：

• advance(p, n)：使迭代器 p 向前或向后移动 n 个元素。
• distance(p, q)：计算两个迭代器之间的距离，即迭代器 p 经过多少次 + + 操作后和迭代器 q 相等。如果调用时 p 已经指向 q 的后面，则这个函数会陷入死循环。
• iter_swap(p, q)：用于交换两个迭代器 p、q 指向的值。

要使用上述模板，需要包含头文件 algorithm。下面的程序演示了这三个函数模板的 用法。

#include <list>
#include <iostream>
#include <algorithm> //要使用操作迭代器的函数模板，需要包含此文件
using namespace std;
int main()
{
    int a[5] = { 1, 2, 3, 4, 5 };
    list <int> lst(a, a+5);
    list <int>::iterator p = lst.begin();
    advance(p, 2);  //p向后移动两个元素，指向3
    cout << "1)" << *p << endl;  //输出 1)3
    advance(p, -1);  //p向前移动一个元素，指向2
    cout << "2)" << *p << endl;  //输出 2)2
    list<int>::iterator q = lst.end();
    q--;  //q 指向 5
    cout << "3)" << distance(p, q) << endl;  //输出 3)3
    iter_swap(p, q); //交换 2 和 5
    cout << "4)";
    for (p = lst.begin(); p != lst.end(); ++p)
        cout << *p << " ";
    return 0;
}
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程序的输出结果是：
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迭代器部分转载自C语言中文网

也不是非得复制粘贴进自己的博客吧，主要是担心哪天网站没了，那这辛苦总结的知识不就没了？

我现在也是个CV工程师了

STL的头文件

emmmm…
标准模板库的头文件老多了，但这里有一个包含全部头文件的头文件#include<bits/stdc++.h>
但其他的头文件多多少少还是看一下好

#include <iostream>  //标准I/O 
#include <sstream>   //字符串I/O
#include <fstream>   //文件I/O

#include <algorithm> 

#include <string> 

#include <deque> 
#include <vector> 
#include <queue> 
#include <map> 
#include <stack> 
#include <set> 

#include <functional>  //函数对象

#include <iterator>   //迭代器
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命名空间

在大规模的软件开发中，不同厂家开发的类库或函数库可能存在多个相同的函数名或类名，如果不加以区分，调用时就会问题。而命名空间就是用以区分不同库里具有相同名称的变量、函数、类等等

#include <iostream>
using namespace std;

namespace A
{
	void print()
	{ cout<<"namespace A";}

};

namespace B
{
	void print()
	{ cout<<"namespace B";}

};
//注意上面的分号
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在使用时，可以用作用域运算符::加以区分

using namespace A;

int main(){

	print();        //输出"namespace A"
	B::print();     //输出"namespace B"

	return 0;

}
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