ACM STL容器和算法

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ACM STL容器和算法

prime7 2012-10-24 20:51:00 浏览1288
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1.4      STL 的组成

STL有三大核心部分:容器(Container)、算法(Algorithms)、迭代器(Iterator),容器适配器(container adaptor),函数对象(functor),除此之外还有STL其他标准组件。通俗的讲:

容器:装东西的东西,装水的杯子,装咸水的大海,装人的教室……STL里的容器是可容纳一些数据的模板类。

算法:就是往杯子里倒水,往大海里排污,从教室里撵人……STL里的算法,就是处理容器里面数据的方法、操作。

迭代器:往杯子里倒水的水壶,排污的管道,撵人的那个物业管理人员……STL里的迭代器:遍历容器中数据的对象。对存储于容器中的数据进行处理时,迭代器能从一个成员移向另一个成员。他能按预先定义的顺序在某些容器中的成员间移动。对普通的一维数组、向量、双端队列和列表来说,迭代器是一种指针。

下面让我们来看看专家是怎么说的:

容器(container):容器是数据在内存中组织的方法,例如,数组、堆栈、队列、链表或二叉树(不过这些都不是STL标准容器)。STL中的容器是一种存储T(Template)类型值的有限集合的数据结构,容器的内部实现一般是类。这些值可以是对象本身,如果数据类型T代表的是Class的话。

算法(algorithm):算法是应用在容器上以各种方法处理其内容的行为或功能。例如,有对容器内容排序、复制、检索和合并的算法。在STL中,算法是由模板函数表现的。这些函数不是容器类的成员函数。相反,它们是独立的函数。令人吃惊的特点之一就是其算法如此通用。不仅可以将其用于STL容器,而且可以用于普通的C++数组或任何其他应用程序指定的容器。

迭代器(iterator):一旦选定一种容器类型和数据行为(算法),那么剩下唯一要他做的就是用迭代器使其相互作用。可以把达代器看作一个指向容器中元素的普通指针。可以如递增一个指针那样递增迭代器,使其依次指向容器中每一个后继的元素。迭代器是STL的一个关键部分,因为它将算法和容器连在一起。

下面我将依次介绍STL的这三个主要组件。

2 容器

STL中的容器有队列容器和关联容器,容器适配器(congtainer adapters:stack,queue,priority queue),位集(bit_set),串包(string_package)等等。
  在本文中,我将介绍list,vector,deque等队列容器,和set和multisets,map和multimaps等关联容器,一共7种基本容器类。
  队列容器(顺序容器):队列容器按照线性排列来存储T类型值的集合,队列的每个成员都有自己的特有的位置。顺序容器有向量类型、双端队列类型、列表类型三种。

2.1 基本容器——向量(vector)

向量(vector容器类):#include <vector>,vector是一种动态数组,是基本数组的类模板。其内部定义了很多基本操作。既然这是一个类,那么它就会有自己的构造函数。vector 类中定义了4中种构造函数:

  • 默认构造函数,构造一个初始长度为0的空向量,如:vector<int> v1;
  • 带有单个整形参数的构造函数,此参数描述了向量的初始大小。这个构造函数还有一个可选的参数,这是一个类型为T的实例,描述了各个向量种各成员的初始值;如:vector<int> v2(n,0); 如果预先定义了:n,他的成员值都被初始化为0;
  • 复制构造函数,构造一个新的向量,作为已存在的向量的完全复制,如:vector<int> v3(v2);
  • 带两个常量参数的构造函数,产生初始值为一个区间的向量。区间由一个半开区间[first,last) 来指定。如:vector<int> v4(first,last)

下面一个例子用的是第四种构造方法,其它的方法读者可以自己试试。

//程序:初始化演示

#include <cstring> 

#include <vector>

#include <iostream>

using namespace std;

 

int ar[10] = {  12, 45, 234, 64, 12, 35, 63, 23, 12, 55  };

char* str = "Hello World";

 

int main()

{

    vector <int> vec1(ar, ar+10);   //first=ar,last=ar+10,不包括ar+10

    vector < char > vec2(str,str+strlen(str)); //first=str,last= str+strlen(str),

    cout<<"vec1:"<<endl;  

    //打印vec1和vec2,const_iterator是迭代器,后面会讲到

    //当然,也可以用for (int i=0; i<vec1.size(); i++)cout << vec[i];输出

    //size()是vector的一个成员函数

    for(vector<int>::const_iterator p=vec1.begin();p!=vec1.end(); ++p)

        cout<<*p;

        cout<<'\n'<<"vec2:"<<endl;

    for(vector< char >::const_iterator p1=vec2.begin();p1!=vec2.end(); ++p1)

        cout<<*p1;

    cout<<'\n';

    return 0;

}    

为了帮助理解向量的概念,这里写了一个小例子,其中用到了vector的成员函数:begin(),end(),push_back(),assign(),front(),back(),erase(),empty(),at(),size()。

 

#include <iostream>

#include <vector>

using namespace std;

 

typedef vector<int> INTVECTOR;//自定义类型INTVECTOR

//测试vector容器的功能

 

int main()

{

    //vec1对象初始为空

    INTVECTOR vec1;  

    //vec2对象最初有10个值为6的元素 

    INTVECTOR vec2(10,6); 

    //vec3对象最初有3个值为6的元素,拷贝构造

    INTVECTOR vec3(vec2.begin(),vec2.begin()+3); 

    //声明一个名为i的双向迭代器

    INTVECTOR::iterator i;

    //从前向后显示vec1中的数据

    cout<<"vec1.begin()--vec1.end():"<<endl;

    for (i =vec1.begin(); i !=vec1.end(); ++i)

        cout << *i << " ";

    cout << endl;

    //从前向后显示vec2中的数据

    cout<<"vec2.begin()--vec2.end():"<<endl;

    for (i =vec2.begin(); i !=vec2.end(); ++i)

        cout << *i << " ";

    cout << endl;

    //从前向后显示vec3中的数据

    cout<<"vec3.begin()--vec3.end():"<<endl;

    for (i =vec3.begin(); i !=vec3.end(); ++i)

        cout << *i << " ";

    cout << endl;

    //测试添加和插入成员函数,vector不支持从前插入

    vec1.push_back(2);//从后面添加一个成员

    vec1.push_back(4);

    vec1.insert(vec1.begin()+1,5);//在vec1第一个的位置上插入成员5

    //从vec1第一的位置开始插入vec3的所有成员

    vec1.insert(vec1.begin()+1,vec3.begin(),vec3.end());

    cout<<"after push() and insert() now the vec1 is:" <<endl;

    for (i =vec1.begin(); i !=vec1.end(); ++i)

        cout << *i << " ";

    cout << endl;

    //测试赋值成员函数

    vec2.assign(8,1);   // 重新给vec2赋值,8个成员的初始值都为1

    cout<<"vec2.assign(8,1):" <<endl;

    for (i =vec2.begin(); i !=vec2.end(); ++i)

        cout << *i << " ";

    cout << endl;

    //测试引用类函数

    cout<<"vec1.front()="<<vec1.front()<<endl;//vec1第零个成员

    cout<<"vec1.back()="<<vec1.back()<<endl;//vec1的最后一个成员

    cout<<"vec1.at(4)="<<vec1.at(4)<<endl;//vec1的第五个成员

    cout<<"vec1[4]="<<vec1[4]<<endl;

    //测试移出和删除

    vec1.pop_back();//将最后一个成员移出vec1

    vec1.erase(vec1.begin()+1,vec1.end()-2);//删除成员

    cout<<"vec1.pop_back() and vec1.erase():" <<endl;

    for (i =vec1.begin(); i !=vec1.end(); ++i)

        cout << *i << " ";

    cout << endl;

    //显示序列的状态信息

    cout<<"vec1.size(): "<<vec1.size()<<endl;//打印成员个数

    cout<<"vec1.empty(): "<<vec1.empty()<<endl;//清空

}

push_back()是将数据放入vector(向量)或deque(双端队列)的标准函数。Insert()是一个与之类似的函数,然而它在所有容器中都可以使用,但是用法更加复杂。end()实际上是取末尾加一,以便让循环正确运行--它返回的指针指向最靠近数组界限的数据。

在Java里面也有向量的概念。Java中的向量是对象的集合。其中,各元素可以不必同类型,元素可以增加和删除,不能直接加入原始数据类型。

 

2.2  双端队列(deque容器类)

deque(读音:deck,意即:double queue,#include<qeque>)容器类与vector类似,支持随机访问和快速插入删除,它在容器中某一位置上的操作所花费的是线性时间。与vector不同的是,deque还支持从开始端插入数据:push_front()。此外deque也不支持与vector的capacity()、reserve()类似的操作。

#include <iostream>

#include <deque>

using namespace std;

 

typedef deque<int> INTDEQUE;//有些人很讨厌这种定义法,呵呵

 

//从前向后显示deque队列的全部元素

void put_deque(INTDEQUE deque, char *name)

{

    INTDEQUE::iterator pdeque;//仍然使用迭代器输出

    cout << "The contents of " << name << " : ";

    for(pdeque = deque.begin(); pdeque != deque.end(); pdeque++)

        cout << *pdeque << " ";//注意有 "*"号哦,没有"*"号的话会报错

    cout<<endl;

}

 

//测试deqtor容器的功能

int main()

{

    //deq1对象初始为空

    INTDEQUE deq1;  

    //deq2对象最初有10个值为6的元素 

    INTDEQUE deq2(10,6); 

    //声明一个名为i的双向迭代器变量

    INTDEQUE::iterator i;

    //从前向后显示deq1中的数据

    put_deque(deq1,"deq1");

    //从前向后显示deq2中的数据

    put_deque(deq2,"deq2");

    //从deq1序列后面添加两个元素

    deq1.push_back(2);

    deq1.push_back(4);

    cout<<"deq1.push_back(2) and deq1.push_back(4):"<<endl;

    put_deque(deq1,"deq1");

    //从deq1序列前面添加两个元素

    deq1.push_front(5);

    deq1.push_front(7);

    cout<<"deq1.push_front(5) and deq1.push_front(7):"<<endl;

    put_deque(deq1,"deq1");

    //在deq1序列中间插入数据

    deq1.insert(deq1.begin()+1,3,9);

    cout<<"deq1.insert(deq1.begin()+1,3,9):"<<endl;

    put_deque(deq1,"deq1");

    //测试引用类函数

    cout<<"deq1.at(4)="<<deq1.at(4)<<endl;

    cout<<"deq1[4]="<<deq1[4]<<endl;

    deq1.at(1)=10;

    deq1[2]=12;

    cout<<"deq1.at(1)=10 and deq1[2]=12 :"<<endl;

    put_deque(deq1,"deq1");

    //从deq1序列的前后各移去一个元素

    deq1.pop_front();

    deq1.pop_back();

    cout<<"deq1.pop_front() and deq1.pop_back():"<<endl;

    put_deque(deq1,"deq1");

    //清除deq1中的第2个元素

    deq1.erase(deq1.begin()+1);

    cout<<"deq1.erase(deq1.begin()+1):"<<endl;

    put_deque(deq1,"deq1");

    //对deq2赋值并显示

    deq2.assign(8,1);

    cout<<"deq2.assign(8,1):"<<endl;

    put_deque(deq2,"deq2");

}

上面我们演示了deque如何进行插入删除等操作,像erase(),assign()是大多数容器都有的操作。关于deque的其他操作请参阅其他书籍。


2.3 表(List容器类)

 List(#include<list>)又叫链表,是一种双线性列表,只能顺序访问(从前向后或者从后向前),图2是list的数据组织形式。与前面两种容器类有一个明显的区别就是:它不支持随机访问。要访问表中某个下标处的项需要从表头或表尾处(接近该下标的一端)开始循环。而且缺少下标预算符:operator[]。


  同时,list仍然包涵了erase(),begin(),end(),insert(),push_back(),push_front()这些基本函数,下面我们来演示一下list的其他函数功能。merge():合并两个排序列表;splice():拼接两个列表;sort():列表的排序。

#include <iostream>

#include <string>

#include <list>

using namespace std;

 

void PrintIt(list<int> n)

{

    for(list<int>::iterator iter=n.begin(); iter!=n.end(); ++iter)

      cout<<*iter<<" ";//用迭代器进行输出循环

}

   

int main()

{

    list<int> listn1,listn2;    //给listn1,listn2初始化

    listn1.push_back(123);

    listn1.push_back(0);

    listn1.push_back(34);

    listn1.push_back(1123);    //now listn1:123,0,34,1123

    listn2.push_back(100);

    listn2.push_back(12);    //now listn2:12,100

    listn1.sort();

    listn2.sort();    //给listn1和listn2排序

    //now listn1:0,34,123,1123         listn2:12,100

    PrintIt(listn1);

    cout<<endl;

    PrintIt(listn2);

    listn1.merge(listn2);    //合并两个排序列表后,listn1:0,12,34,100,123,1123

    cout<<endl;

    PrintIt(listn1);

}

上面并没有演示splice()函数的用法,这是一个拗口的函数。用起来有点麻烦。图3所示是splice函数的功能。将一个列表插入到另一个列表当中。list容器类定义了splice()函数的3个版本:

splice(position,list_value);

splice(position,list_value,ptr);

splice(position,list_value,first,last);

list_value是一个已存在的列表,它将被插入到源列表中,position是一个迭代参数,他当前指向的是要进行拼接的列表中的特定位置。

listn1:123,0,34,1123   listn2:12,100

执行listn1.splice(find(listn1.begin(),listn1.end(),0),listn2);之后,listn1将变为:123,12,100,0,34,1123。即把listn2插入到listn1的0这个元素之前。其中,find()函数找到0这个元素在listn1中的位置。值得注意的是,在执行splice之后,list_value将不复存在了。这个例子中是listn2将不再存在。
  第二个版本当中的ptr是一个迭代器参数,执行的结果是把ptr所指向的值直接插入到position当前指向的位置之前.这将只向源列表中插入一个元素。
  第三个版本的first和last也是迭代器参数,并不等于list_value.begin(),list_value.end()。First指的是要插入的列的第一个元素,last指的是要插入的列的最后一个元素。

如果listn1:123,0,34,1123 listn2:12,43,87,100 执行完以下函数之后

listn1.splice(find(listn1.begin(),listn1.end(),0),++listn2.begin(),--listn2.end());

listn1:123,43,87,0,34,1123  listn2:12,100

以上,我们学习了vector,deque,list三种基本顺序容器,其他的顺序容器还有:slist,bit_vector等等。

2.4 集和多集(set 和multiset 容器类):

一个集合(#include<set>)是一个容器,它其中所包含的元素的值是唯一的。这在收集一个数据的具体值的时候是有用的。集合中的元素按一定的顺序排列,并被作为集合中的实例。如果你需要一个键/值对(pair)来存储数据,map(也是一个关联容器,后面将马上要讲到)是一个更好的选择。一个集合通过一个链表来组织,在插入操作和删除操作上比向量(vector)快,但查找或添加末尾的元素时会有些慢。

在集中,所有的成员都是排列好的。如果先后往一个集中插入:12,2,3,123,5,65   则输出该集时为:2,3,5,12,65,123

集和多集的区别是:set支持唯一键值,set中的值都是特定的,而且只出现一次;而multiset中可以出现副本键,同一值可以出现多次。

Set和multiset的模板参数:

template<class key, class compare, class Allocator=allocator>

第一个参数key是所存储的键的类型,第二个参数是为排序值而定义的比较函数的类型,第三个参数是被实现的存储分配符的类型。在有些编译器的具体实现中,第三个参数可以省略。第二个参数使用了合适形式的迭代器为键定义了特定的关系操作符,并用来在容器中遍历值时建立顺序。集的迭代器是双向,同时也是常量的,所以迭代器在使用的时候不能修改元素的值。

Set定义了三个构造函数:
默认构造函数:

explicit set(const Compare&=compare());

如:set<int,less<int> > set1;

less<int>是一个标准类,用于形成降序排列函数对象。升序排列是用greater<int>。通过指定某一预先定义的区间来初始化set对象的构造函数:

template<class InputIterator> set(InputIterator, InputIterator,\ const Compare&=compare());

如:set<int ,less<int> >set2(vector1.begin(),vector1.end());

复制构造函数:

set(const set<Key,Compare&>);

如:set<int ,less<int> >set3(set2);

下面我们来看一个简单的集和多集的插入例程:

#include <iostream>

#include <set>

using namespace std;

 

int main()

{

    set<int> set1;

    for(int i=0; i<10; ++i)

        set1.insert(i);

    for(set<int>::iterator p=set1.begin();p!=set1.end();++p)

        cout<<*p<<"";

    if(set1.insert(3).second)//把3插入到set1中

//插入成功则set1.insert(3).second返回1,否则返回0

//此例中,集中已经有3这个元素了,所以插入将失败

        cout<<"set insert success";

    else

        cout<<"set insert failed";

    int a[] = {4, 1, 1, 1, 1, 1, 0, 5, 1, 0};

    multiset<int> A;

    A.insert(set1.begin(),set1.end());

    A.insert(a,a+10);

    cout<<endl;

    for(multiset<int>::iterator p=A.begin();p!=A.end();++p)

    cout<<*p<<" ";

    return 0;

}

2.5 映射和多重映射(map 和multimap)

映射和多重映射(#include<map>)基于某一类型Key的键集的存在,提供对T类型的数据进行快速和高效的检索。对map而言,键只是指存储在容器中的某一成员。Map不支持副本键,multimap支持副本键。Map和multimap对象包涵了键和各个键有关的值,键和值的数据类型是不相同的,这与set不同。set中的key和value是Key类型的,而map中的key和value是一个pair结构中的两个分量。Map支持下表运算符operator[],用访问普通数组的方式访问map,不过下标为map的键。在multimap中一个键可以对应多个不同的值。

下面的例程说明了map中键与值的关系。

#include <iostream>

#include <map>

using namespace std;

 

int main()

{

    map<char,int,less<char> > map1;

    map<char,int,less<char> >::iterator mapIter;

    //char 是键的类型,int是值的类型

    //下面是初始化,与数组类似

    //也可以用map1.insert(map<char,int,less<char> >::value_type(''c'',3));

    map1['c']=3;

    map1['d']=4;

    map1['a']=1;

    map1['b']=2;

    for(mapIter=map1.begin();mapIter!=map1.end();++mapIter)

        cout<<" "<<(*mapIter).first<<": "<<(*mapIter).second;

    //first对应定义中的char键,second对应定义中的int值 

    //检索对应于d键的值是这样做的:

    map<char,int,less<char> >::const_iterator ptr;

    ptr=map1.find('d');

    cout<<'\n'<<" "<<(*ptr).first<<" 键对应于值:"<<(*ptr).second;

    return 0;

}

  从以上例程中,我们可以看到map对象的行为和一般数组的行为类似。Map允许两个或多个值使用比较操作符。下面我们再看看multimap:

#include <iostream>

#include <map>

#include <string>

using namespace std;

 

int main()

{

    multimap<string,string,less<string> >mulmap;

    multimap<string,string,less<string> >::iterator p;

    //初始化多重映射mulmap:

    typedef multimap<string,string,less<string> >::value_type vt;

    typedef string s;

    mulmap.insert(vt(s("Tom "),s("is a student")));

    mulmap.insert(vt(s("Tom "),s("is a boy")));

    mulmap.insert(vt(s("Tom "),s("is a bad boy of blue!")));

    mulmap.insert(vt(s("Jerry "),s("is a student")));

    mulmap.insert(vt(s("Jerry "),s("is a beatutiful girl")));

    mulmap.insert(vt(s("DJ "),s("is a student")));

    //输出初始化以后的多重映射mulmap:

    for(p=mulmap.begin();p!=mulmap.end();++p)

        cout<<(*p).first<<(*p).second<<endl;

    //检索并输出Jerry键所对应的所有的值

    cout<<"find Jerry :"<<endl;

    p=mulmap.find(s("Jerry "));

    while((*p).first=="Jerry ")

    {

        cout<<(*p).first<<(*p).second<<endl;

        ++p;

    }   

    return 0;

在map中是不允许一个键对应多个值的,在multimap中,不支持operator[],也就是说不支持map中允许的下标操作。

3 算法(algorithm):

#inlcude <algorithm>

STL中算法的大部分都不作为某些特定容器类的成员函数,他们是泛型的,每个算法都有处理大量不同容器类中数据的使用。值得注意的是,STL中的算法大多有多种版本,用户可以依照具体的情况选择合适版本。中在STL的泛型算法中有4类基本的算法:

变序型队列算法:可以改变容器内的数据;

非变序型队列算法:处理容器内的数据而不改变他们;

排序值算法:包涵对容器中的值进行排序和合并的算法,还有二叉搜索算法、通用数值算法。(注:STL的算法并不只是针对STL容器,对一般容器也是适用的。)

变序型队列算法:又叫可修改的序列算法。这类算法有复制(copy)算法、交换(swap)算法、替代(replace)算法、删除(clear)算法,移动(remove)算法、翻转(reverse)算法等等。这些算法可以改变容器中的数据(数据值和值在容器中的位置)。

3.1 翻转和复制(reverse()和copy())

下面介绍2个比较常用的算法reverse()和copy()。

#include <iostream>

#include <algorithm>

#include <iterator>

//下面用到了输出迭代器ostream_iterator

using namespace std;

 

int main()

{

    int arr[6]={1,12,3,2,1215,90};

    int arr1[7];

    int arr2[6]={2,5,6,9,0,-56};

    copy(arr,(arr+6),arr1);//将数组aar复制到arr1

    cout<<"arr[6] copy to arr1[7],now arr1: "<<endl;

    for(int i=0;i<7;i++)

        cout<<" "<<arr1[i];

    reverse(arr,arr+6);//将排好序的arr翻转

    cout<<'\n'<<"arr reversed ,now arr:"<<endl;

    copy(arr,arr+6,ostream_iterator<int>(cout, " "));//复制到输出迭代器

    swap_ranges(arr,arr+6,arr2);//交换arr和arr2序列

    cout<<'\n'<<"arr swaped to arr2,now arr:"<<endl;

    copy(arr,arr+6,ostream_iterator<int>(cout, " "));

    cout<<'\n'<<"arr2:"<<endl;

    copy(arr2,arr2+6,ostream_iterator<int>(cout, " "));

    return 0;

}

revese()的功能是将一个容器内的数据顺序翻转过来,它的原型是:

template<class Bidirectional>

void reverse(Bidirectional first, Bidirectional last);

将first和last之间的元素翻转过来,上例中你也可以只将arr中的一部分进行翻转:

reverse(arr+3,arr+6); 这也是有效的。First和last需要指定一个操作区间。

Copy()是要将一个容器内的数据复制到另一个容器内,它的原型是:

  Template<class InputIterator ,class OutputIterator>

  OutputIterator copy(InputIterator first, InputIterator last, OutputIterator result);

它把[first,last-1]内的队列成员复制到区间[result,result+(last-first)-1]中。泛型交换算法:

 

3.2 单值交换(Swap())

Swap()操作的是单值交换,它的原型是:

template<class T>

void swap(T& a,T& b);

 

swap_ranges()操作的是两个相等大小区间中的值,它的原型是:

  template<class ForwardIterator1, class ForwardIterator2>

  ForwardIterator2swap_ranges(ForwardIterator1 first1,ForwardIterator1 last1, ForwardIterator1 first2);

交换区间[first1,last1-1]和[first2, first2+(last1-first1)-1]之间的值,并假设这两个区间是不重叠的。

非变序型队列算法,又叫不可修改的序列算法。这一类算法操作不影响其操作的容器的内容,包括搜索队列成员算法,等价性检查算法,计算队列成员个数的算法。我将用下面的例子介绍其中的find(),search(),count():

#include <iostream>

#include <vector>

#include <algorithm>

using namespace std;

 

int main()

{

    int a[10]={12,31,5,2,23,121,0,89,34,66};

    vector<int> v1(a,a+10);

    vector<int>::iterator result1,result2;//result1和result2是随机访问迭代器

    result1=find(v1.begin(),v1.end(),2);

    //在v1中找到2,result1指向v1中的2

    result2=find(v1.begin(),v1.end(),8);

    //在v1中没有找到8,result2指向的是v1.end()

    cout<<result1-v1.begin()<<endl; //3-0=3或4-1=3,屏幕结果是3

    cout<<result2-v1.end()<<endl;   

    int b[9]={5,2,23,54,5,5,5,2,2};

    vector<int> v2(a+2,a+8);

    vector<int> v3(b,b+4);

    result1=search(v1.begin(),v1.end(),v2.begin(),v2.end());

    cout<<*result1<<endl;

    //在v1中找到了序列v2,result1指向v2在v1中开始的位置

     result1=search(v1.begin(),v1.end(),v3.begin(),v3.end());

     cout<<*(result1-1)<<endl;

    //在v1中没有找到序列v3,result指向v1.end(),屏幕打印出v1的最后一个元素66   

     vector<int> v4(b,b+9);

     int i=count(v4.begin(),v4.end(),5);

     int j=count(v4.begin(),v4.end(),2);

     cout<<"there are "<<i<<" members in v4 equel to 5"<<endl;

     cout<<"there are "<<j<<" members in v4 equel to 2"<<endl;

     //计算v4中有多少个成员等于 5,2

     return 0;       

}

3.3 查找(find())

find()的原型是:

template<class InputIterator,class EqualityComparable>

InputIterator find(InputIterator first, InputIterator last, const EqualityComparable& value);

其功能是在序列[first,last-1]中查找value值,如果找到,就返回一个指向value在序列中第一次出现的迭代,如果没有找到,就返回一个指向last的迭代(last并不属于序列)。

search()的原型是:

template <class ForwardIterator1, class ForwardIterator2>

ForwardIterator1 search(ForwardIterator1 first1, ForwardIterator1 last1,                        ForwardIterator2 first2, ForwardIterator2 last2);

其功能是在源序列[first1,last1-1]查找目标序列[first2,last2-1]如果查找成功,就返回一个指向源序列中目标序列出现的首位置的迭代。查找失败则返回一个指向last的迭代。

3.4 得到数目(Count())

Count()的原型是:

template <class InputIterator, class EqualityComparable>

iterator_traits<InputIterator>::difference_type count(InputIterator first,

InputIterator last, const EqualityComparable& value);

其功能是在序列[first,last-1]中查找出等于value的成员,返回等于value得成员的个数。

排序算法(sort algorithm):这一类算法很多,功能强大同时也相对复杂一些。这些算法依赖的是关系运算。在这里我只介绍其中比较简单的几种排序算法:sort(),merge(),includes()

#include <iostream>

#include <algorithm>

using namespace std;

 

int main()

{

    int a[10]={12,0,5,3,6,8,9,34,32,18};

    int b[5]={5,3,6,8,9};

    int d[15];

    sort(a,a+10);

    for(int i=0;i<10;i++)

      cout<<" "<<a[i];

    sort(b,b+5);

    if(includes(a,a+10,b,b+5))

       cout<<'\n'<<"sorted b members are included in a."<<endl;

    else

       cout<<"sorted a dosn`t contain sorted b!";

    merge(a,a+10,b,b+5,d);

    for(int j=0;j<15;j++)

       cout<<" "<<d[j];

    return 0;

}

3.5 排序(sort())

sort()的原型是:

template <class RandomAccessIterator>

void sort(RandomAccessIterator first, RandomAccessIterator last);

功能是对[first,last-1]区间内的元素进行排序操作。与之类似的操作还有:partial_sort(), stable_sort(),partial_sort_copy()等等。

merge()的原型是:

template <class InputIterator1, class InputIterator2, class OutputIterator>

OutputIterator merge(InputIterator1 first1, InputIterator1 last1,InputIterator2  first2, InputIterator2 st2,OutputIterator result);

将有序区间[first1,last1-1]和[first2,last2-1]合并到[result, result + (last1 - first1) + (last2 - first2)-1]区间内。

Includes()的原型是:

template <class InputIterator1, class InputIterator2>

bool includes(InputIterator1 first1, InputIterator1 last1, InputIterator2 first2, InputIterator2 last2);

其功能是检查有序区间[first2,last2-1]内元素是否都在[first1,last1-1]区间内,返回一个bool值。

通用数值算法(generalized numeric algorithms):这一类算法还不多,涉及到专业领域中有用的算术操作,独立包涵于头文件<numeric>中。
  STL中的算法大都有多种版本,常见的版本有以下4中:

默认版本,假设给出了特定操作符;

一般版本,使用了成员提供的操作符;

复制版本,对原队列的副本进行操作,常带有 _copy 后缀;

谓词版本,只应用于满足给定谓词的队列成员,常带有 _if 后缀;

 

以上我们学习了STL容器和算法的概念,以及一些简单的STL容器和算法。在使用算法处理容器内的数据时,需要从一个数据成员移向另一个数据成员,迭代器恰好实现了这一功能。下面我们来学习STL迭代器 。

 

 

3.6 堆的用法(heap)
STL里面的堆操作一般用到的只有4个。
他们就是
make_heap();、pop_heap();、push_heap();、sort_heap();
他们的头函数是algorithm
首先是make_heap();
他的函数原型是:
void make_heap(first_pointer,end_pointer,compare_function);
一个参数是数组或向量的头指针,第二个向量是尾指针。第三个参数是比较函数的名字
。在缺省的时候,默认是大跟堆。(下面的参数都一样就不解释了)
作用:把这一段的数组或向量做成一个堆的结构。范围是(first,last)
然后是pop_heap();
它的函数原型是:
void pop_heap(first_pointer,end_pointer,compare_function);
作用:pop_heap()不是真的把最大(最小)的元素从堆中弹出来。而是重新排序堆。它把first和last交换,然后将[first,last-1)的数据再做成一个堆。
接着是push_heap()
void pushheap(first_pointer,end_pointer,compare_function);
作用:push_heap()假设由[first,last-1)是一个有效的堆,然后,再把堆中的新元素加
进来,做成一个堆。
最后是sort_heap()
void sort_heap(first_pointer,end_pointer,compare_function);
作用是sort_heap对[first,last)中的序列进行排序。它假设这个序列是有效堆。(当然
,经过排序之后就不是一个有效堆了)
下面是例程:
#include<algorithm>
#include<cstdio>
using namespace std;
bool cmp(int a,int b)
{
    return a>b;
}
int main()
{
    int i,number[20]={29,23,20,22,17,15,26,51,19,12,35,40};
    make_heap(&number[0],&number[12]);
    //结果是:51 35 40 23 29 20 26 22 19 12 17 15
    for(i=0;i<12;i++)
        printf("%d ",number[i]);
    printf("\n");
    make_heap(&number[0],&number[12],cmp);
    //结果:12 17 15 19 23 20 26 51 22 29 35 40
    for(i=0;i<12;i++)
        printf("%d ",number[i]);
    printf("\n");
    //加入元素8
    number[12]=8;
    //加入后调整
    push_heap(&number[0],&number[13],cmp);
    //结果:8 17 12 19 23 15 26 51 22 35 40 20
    for(i=0;i<13;i++)
        printf("%d ",number[i]);
    printf("\n");
    //弹出元素8
    pop_heap(&number[0],&number[13],cmp);
    //结果:12 17 15 19 23 20 26 51 22 29 35 40
    for(i=0;i<13;i++)
        printf("%d ",number[i]);
    printf("\n");
    sort_heap(&number[0],&number[12],cmp);
    //结果不用说都知道是有序的了!
    for(i=0;i<12;i++)
        printf("%d ",number[i]);
    return 0;
}

 

4 迭代器(itertor)

#include<iterator>

迭代器实际上是一种泛化指针,如果一个迭代器指向了容器中的某一成员,那么迭代器将可以通过自增自减来遍历容器中的所有成员。迭代器是联系容器和算法的媒介,是算法操作容器的接口。在运用算法操作容器的时候,我们常常在不知不觉中已经使用了迭代器。
STL中定义了6种迭代器:

输入迭代器,在容器的连续区间内向前移动,可以读取容器内任意值;

输出迭代器,把值写进它所指向的队列成员中;

前向迭代器,读取队列中的值,并可以向前移动到下一位置(++p,p++);

双向迭代器,读取队列中的值,并可以向前向后遍历容器;

随机访问迭代器, vector<T>::iterator,list<T>::iterator等都是这种迭代器;

流迭代器,可以直接输出、输入流中的值;

实际上,在前面的例子中,我们不停的在用迭代器。下面我们用几个例子来帮助理解这些迭代器的用法。
下面的例子用到了输入输出迭代器:

#include <iostream>

#include <fstream>

#include <iterator>

#include <vector>

#include <string>

using namespace std;

 

int main()

{

    vector<string> v1;

    ifstream file("Text1.txt");

    if(file.fail())

    {

        cout<<"open file Text1.txt failed"<<endl;

        return 1;

    }   

    copy(istream_iterator<string>(file),istream_iterator<string>(),inserter(v1,v1.begin()));

    copy(v1.begin(),v1.end(),ostream_iterator<string>(cout," "));

    cout<<endl;

    return 0;

}

这里用到了输入迭代器istream_iterator,输出迭代器ostream_iterator。程序完成了将一个文件输出到屏幕的功能,先将文件读入,然后通过输入迭代器把文件内容复制到类型为字符串的向量容器内,最后由输出迭代器输出。Inserter是一个输入迭代器的一个函数(迭代器适配器),它的使用方法是:

inserter (container ,pos);

container是将要用来存入数据的容器,pos是容器存入数据的开始位置。上例中,是把文件内容存入(copy())到向量v1中。

5 STL的其他标准组件

5.1 函数对象(functor或者funtion objects)

#include<functional>

函数对象又称之为仿函数。函数对象将函数封装在一个对象中,使得它可作为参数传递给合适的STL算法,从而使算法的功能得以扩展。可以把它当作函数来使用。用户也可以定义自己的函数对象。下面让我们来定义一个自己的函数对象.

#include <iostream>

using namespace std;

 

struct int_max{

int operator()(int x,int y){return x>y?x:y; }

};//operator() 重载了"()", (int x,int y)是参数列表

 

int main()

{

    cout<<int_max()(3,4)<<endl;

    return 0;

}

这里的int_max()就是一个函数对象,struct关键字也可以用class来代替,只不过struct默认情况下是公有访问权限,而class定义的是默认私有访问权限。下面我们来定义一个STL风格的函数对象:

#include <iostream>

#include <vector>

using namespace std;

 

struct adder : public unary_function<double, void>

{

    adder() : sum(0) {}

    double sum;

    void operator()(double x) { sum += x; }

};

 

int main()

{  

    double a[5]={0.5644,1.1,6.6,8.8,9.9};

    vector<double> V(a,a+5);

    adder result = for_each(V.begin(), V.end(), adder());

    cout << "The sum is " << result.sum << endl;

    return 0;

}

在这里,我们定义了一个函数对象adder(),这也是一个类,它的基类是unary_function函数对象。unary_function是一个空基类,不包涵任何操作或变量。只是一种格式说明,它有两个参数,第一个参数是函数对象的使用数据类型,第二个参数是它的返回类型。基于它所定义的函数对象是一元函数对象。(注:用关键字struct或者class定义的类型实际上都是"类")

STL内定义了各种函数对象,否定器、约束器、一元谓词、二元谓词都是常用的函数对象。函数对象对于编程来说很重要,因为他如同对象类型的抽象一样作用于操作。

 

5.2 适配器(adapter)

适配器是用来修改其他组件接口的STL组件,是带有一个参数的类模板(这个参数是操作的值的数据类型)。STL定义了3种形式的适配器:容器适配器,迭代器适配器,函数适配器。

容器适配器:包括栈(stack)、队列(queue)、优先(priority_queue)。使用容器适配器,stack就可以被实现为基本容器类型(vector,dequeue,list)的适配。可以把stack看作是某种特殊的vctor、deque或者list容器,只是其操作仍然受到stack本身属性的限制。queue和priority_queue与之类似。容器适配器的接口更为简单,只是受限比一般容器要多;

迭代器适配器:修改为某些基本容器定义的迭代器的接口的一种STL组件。反向迭代器和插入迭代器都属于迭代器适配器,迭代器适配器扩展了迭代器的功能;

函数适配器:通过转换或者修改其他函数对象使其功能得到扩展。这一类适配器有否定器(相当于"非"操作)、帮定器、函数指针适配器。

 

next_permutation(num,num+len)可以将数组num,从num[0]到num[len-1]改为按照字典序排列的下一个。

get.c_str() get是一个string的对象,有c_str()函数返回它的c语言字符串类型。

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