C++进阶语法——STL 标准模板库（下）（Standard Template Library）【学习笔记（七）】

全息数据2023-11-06 11:28

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STL 代码示例

1、迭代器

  • 迭代器可以将任意的容器抽象成一个序列，可以使用迭代器遍历容器中的元素
  • 迭代器设计的目的是为了解决容器与算法之间的耦合问题，与指针类似，可以通过迭代器访问容器中的元素
  • 迭代器的声明方式为：容器类型::iterator 变量名称，可以理解为一个普通的指针 ，比如：
    • std::vector<int>::iterator it;
    • std::list<int>::iterator it;
    • std::map<int, int>::iterator it;
    • std::set<int>::iterator it;

代码：

cpp 复制代码 
/*
* 迭代器示例
* 迭代器可以将任意的容器抽象成一个序列，可以使用迭代器遍历容器中的元素
* 迭代器设计的目的是为了解决容器与算法之间的耦合问题，与指针类似，可以通过迭代器访问容器中的元素

* 迭代器的声明方式为：容器类型::iterator，比如：

std::vector<int>::iterator it;
std::list<int>::iterator it;
std::map<int, int>::iterator it;
std::set<int>::iterator it;

*/
#include <iostream>
#include <vector>
#include <set>
#include <map>
#include <list>

// 打印vector元素
void printVec(const std::vector<int> &v)
{
    std::cout << "[";
    for (const auto &e : v)
        std::cout << e << " ";
    std::cout << "]" << std::endl;
}

void test1()
{
    std::cout << "test1 ======================" << std::endl;
    std::vector<int> v1 {1, 2, 3, 4, 5};
    std::vector<int>::iterator it =  v1.begin(); // 指向第一个元素
    std::cout << *it << std::endl;

    it++; // 指向第二个元素
    std::cout << *it << std::endl;

    it += 2; // 指向第四个元素
    std::cout << *it << std::endl;

    it -= 2; // 指向第二个元素
    std::cout << *it << std::endl;

    it = v1.end() - 1; // 指向最后一个元素，注意end()指向最后一个元素的下一个位置
    std::cout << *it << std::endl;
    
}

void test2()
{
    std::cout << "test2 ======================" << std::endl;
    std::vector<int> v1 {1, 2, 3, 4, 5};
    auto it = v1.begin();

    while (it != v1.end())
    {
        std::cout << *it << std::endl;
        it++; // 指向下一个元素
    }

    it = v1.begin();
    while (it != v1.end())
    {
        *it = 100; // 修改元素值
        it++;
    }
    printVec(v1);

}

void test3()
{
    std::cout << "test3 ======================" << std::endl;
    std::vector<int> v1 {1, 2, 3, 4, 5};
    // std::vector<int>::const_iterator it = v1.begin(); // 常量迭代器，只能读取元素，不能修改元素
    auto it = v1.cbegin(); // 如果使用auto，需要使用cbegin()函数，返回一个常量迭代器

    while (it != v1.end())
    {
        std::cout << *it << std::endl;
        it++; // 指向下一个元素
    }

    it = v1.begin(); // 重新指向第一个元素
    while (it != v1.end())
    {
        // *it = 100; // 报错，不能修改元素
        it++; // 指向下一个元素
    }
    
}

void test4()
{
    std::cout << "test4 ======================" << std::endl;
    std::vector<int> v1 {1, 2, 3, 4, 5};
    auto it = v1.rbegin(); // 返回一个反向迭代器，指向最后一个元素
    while (it != v1.rend()) // rend()指向第一个元素的前一个位置
    {
        std::cout << *it << std::endl;
        it++; // 指向下一个元素
    }

    std::list<std::string> l1 {"hello", "world", "c++"};
    auto it2 = l1.rbegin();
    std::cout << *it2 << std::endl;
    it2++;
    std::cout << *it2 << std::endl;

    // map 里面的元素会自动按 key 进行排序
    std::map<std::string, std::string> m1 {
        {"hello", "你好"},
        {"world", "世界"},
        {"Computer", "计算机"}
    };

    auto it3 = m1.begin();

    while (it3 != m1.end())
    {
        std::cout << it3->first << " : " << it3->second << std::endl;
        it3++;
    }

}
int main()
{
    // test1();
    // test2();
    // test3();
    test4();
    return 0;
}

2、算法

  • STL算法基于迭代器生成的序列
  • STL提供了很多算法（例如查找、排序、计数、操作），可以对序列进行操作
  • 更多请查看：https://zh.cppreference.com/w/cpp/algorithm
  • 多数算法要求提供额外参数，例如：排序算法需要提供排序规则，一般使用函数指针、lambda表达式或仿函数（函数对象）

代码：

cpp 复制代码 
/*
* 算法示例
* STL算法基于迭代器生成的序列
* STL提供了很多算法（例如查找、排序、计数、操作），可以对序列进行操作
* 更多请查看：https://zh.cppreference.com/w/cpp/algorithm
* 多数算法要求提供额外参数，例如：排序算法需要提供排序规则，一般使用函数指针、lambda表达式或仿函数（函数对象）
*/

#include <iostream>
#include <vector>
#include <algorithm> // 算法头文件
#include <list>

void test1()
{
    std::cout << "test1 ======================" << std::endl;

    std::vector<int> v1{1, 2, 3, 4, 5};
    std::vector<int>::iterator loc = std::find(v1.begin(), v1.end(), 3); // 查找3
    std::cout << *loc << std::endl;  // 3
    std::cout << *v1.end() << std::endl; // 0
    if (loc != v1.end())
        std::cout << "找到 3" << std::endl;
    else
        std::cout << "未找到 3" << std::endl;
}

void test2()
{
    std::cout << "test2 ======================" << std::endl;
    std::vector<int> v1{1, 2, 3, 4, 5, 1, 2, 1};
    int counts = std::count(v1.begin(), v1.end(), 1); // 统计1的个数
    std::cout << "1的个数: " << counts << std::endl;
}

// 判断是否是偶数
bool isEven(int x)
{
    return x % 2 == 0;
}
void test3()
{
    std::cout << "test3 ======================" << std::endl;
    std::vector<int> v1{1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9};

    int counts = std::count_if(v1.begin(), v1.end(), isEven); // 使用函数指针统计偶数个数

    counts = std::count_if(v1.begin(), v1.end(), [](int x)
                           { return x % 2 == 0; }); // 使用lambda表达式统计偶数个数
    std::cout << "偶数个数: " << counts << std::endl;

    counts = std::count_if(v1.begin(), v1.end(), [](int x)
                           { return x > 6; }); // 统计大于6的个数
    std::cout << "大于6的个数: " << counts << std::endl;
}

void test4()
{
    std::cout << "test4 ======================" << std::endl;
    std::vector<int> v1{1, 2, 3, 4, 5, 1, 2, 1};
    for (const auto &e : v1)
        std::cout << e << " ";
    
    std::cout << std::endl;

    std::replace(v1.begin(), v1.end(), 1, 100); // 将1替换为100

    for (const auto &e : v1)
        std::cout << e << " ";
    std::cout << std::endl;
}

void test5()
{
    std::cout << "test5 ======================" << std::endl;
    std::vector<int> v1{1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9};
    if (std::all_of(v1.begin(), v1.end(), [](int x) { return x > 5; }) ) // 所有元素都大于5
        std::cout << "所有元素都大于5" << std::endl;
    else
        std::cout << "不是所有元素都大于5" << std::endl;
    
    if (std::any_of(v1.begin(), v1.end(), [](int x) { return x > 5; }) ) // 至少有一个元素大于5
        std::cout << "有元素大于5" << std::endl;
    else
        std::cout << "没有元素大于5" << std::endl;

    if (std::none_of(v1.begin(), v1.end(), [](int x) { return x < 0; }) ) // 没有元素小于0
        std::cout << "没有元素小于0" << std::endl;
    else
        std::cout << "有元素小于0" << std::endl;

}

void test6()
{
    std::cout << "test6 ======================" << std::endl;
    std::string s1 {"hello world"};
    std::cout << s1 << std::endl;
    std::transform(s1.begin(), s1.end(), s1.begin(), ::toupper); // 转换为大写，从s1的begin到end，转换后的结果放到s1的begin
    std::cout << s1 << std::endl;

}
int main()
{
    test1();
    // test2();
    // test3();
    // test4();
    // test5();
    // test6();

    return 0;
}

3、array容器示例

  • array大小固定，不可改变
  • 在内存中是连续的
  • 获取元素的复杂度是常数，与array元素个数无关
  • 是对原始数组的封装，也可以获取原始数组的指针
  • 如果数组大小固定，尽量使用array ，而不是使用C++原生数组，因为array可以使用标准库的算法

代码：

cpp 复制代码 
/*
* array容器示例
* array大小固定，不可改变
* 在内存中是连续的
* 获取元素的复杂度是常数，与array元素个数无关
* 是对原始数组的封装，也可以获取原始数组的指针
* 如果数组大小固定，尽量使用array，而不是使用C++原生数组，因为array可以使用标准库的算法
*/

#include <iostream>
#include <array> // 使用array容器
#include <algorithm> 
#include <numeric> 

// 打印数组
void display(const std::array<int,5> &arr)
{
    std::cout << "[ ";
    for (const auto &a: arr)
        std::cout << a << " ";
    std::cout << "]" << std::endl;
}


void test1()
{
    std::cout << "test1 ======================" << std::endl;
    std::array<int, 5> arr1 {1, 2, 3, 4, 5};
    std::array<int, 5> arr2;

    display(arr1);
    display(arr2); // 未初始化，值为随机值

    arr2 = {10, 20, 30, 40, 50}; // 可以直接赋值

    display(arr1);
    display(arr2); 

    std::cout << "arr1的大小：" << arr1.size() << std::endl;
    std::cout << "arr2的大小：" << arr2.size() << std::endl;

    arr1[0] = 1000;
    arr1.at(1) = 2000;
    display(arr1);

    std::cout << "arr1的第一个元素：" << arr1.front() << std::endl;
    std::cout << "arr1的最后一个元素：" << arr1.back() << std::endl;
    
}

void test2()
{
    std::cout << "test2 ======================" << std::endl;
    std::array<int, 5> arr1 {1, 2, 3, 4, 5};
    std::array<int, 5> arr2 {10, 20, 30, 40, 50};

    display(arr1);
    display(arr2);

    arr1.fill(0);
    display(arr1);
    display(arr2);

    arr1.swap(arr2);
    display(arr1);
    display(arr2);

    
}

void test3()
{
    std::cout << "test3 ======================" << std::endl;
    std::array<int, 5> arr1 {1, 2, 3, 4, 5};
    int *ptr = arr1.data(); // 返回数组的首地址
    std::cout << ptr << std::endl;
    std::cout << *ptr << std::endl;
    *ptr = 1000;
    display(arr1);
}

void test4()
{
    std::cout << "test4 ======================" << std::endl;
    std::array<int, 5> arr1 {3,1,4,2,5};
    display(arr1);
    std::sort(arr1.begin(), arr1.end());
    display(arr1);
}

void test5()
{
    std::cout << "test5 ======================" << std::endl;
    std::array<int, 5> arr1 {3,6,4,2,5};
    std::array<int, 5>::iterator min_val = std::min_element(arr1.begin(), arr1.end());
    auto max_val = std::max_element(arr1.begin(), arr1.end());
    std::cout << "min: " << *min_val << std::endl;
    std::cout << "max: " << *max_val << std::endl;
}

void test6()
{
    std::cout << "test6 ======================" << std::endl;
    std::array<int, 5> arr1 {3,6,2,2,5};
    
    auto adjacent = std::adjacent_find(arr1.begin(), arr1.end()); // 查找相邻的两个相同的元素
    if (adjacent != arr1.end())
        std::cout << "adjacent: " << *adjacent << std::endl;
    else
        std::cout << "没有找到相邻的两个相同的元素" << std::endl;

}

void test7()
{
    std::cout << "test7 ======================" << std::endl;
    std::array<int, 5> arr1 {1,2,3,4,5};
    int sum = std::accumulate(arr1.begin(), arr1.end(), 0); // 求和
    std::cout << "sum: " << sum << std::endl;

}

void test8()
{
    std::cout << "test8 ======================" << std::endl;
    std::array<int, 10> arr1 {1,2,3,4,5,5,5,5,5,5};
    int counts = std::count(arr1.begin(), arr1.end(), 5); // 统计5的个数
    std::cout << "5一共出现了" << counts << "次" << std::endl;
}
int main()
{
    // test1();
    // test2();
    // test3();
    // test4();
    // test5();
    // test6();
    // test7();
    test8();
    return 0;
}

4、vector示例

  • vector是一个动态数组，可以随意增加元素
  • 与array一样，vector在内存中是连续的，对应的内存空间会随着元素的增加而增加
  • 获取元素的复杂度是常数，与vector的大小无关
  • 在vector末尾增加、删除元素的复杂度是常数，与vector的大小无关
  • 在vector中间增加、删除元素的复杂度是线性的，与vector的大小有关
  • 可以使用迭代器和算法

代码：

cpp 复制代码 
/*
* vector示例
* vector是一个动态数组，可以随意增加元素
* 与array一样，vector在内存中是连续的，对应的内存空间会随着元素的增加而增加
* 获取元素的复杂度是常数，与vector的大小无关
* 在vector末尾增加、删除元素的复杂度是常数，与vector的大小无关
* 在vector中间增加、删除元素的复杂度是线性的，与vector的大小有关
* 可以使用迭代器和算法
*/

#include <iostream>
#include <vector>
#include <algorithm>

// 打印vector的函数模板
template <typename T>
void printVector(const std::vector<T> &v)
{
    std::cout << "[";
    for (const auto &e : v)
        std::cout << e << " ";
    std::cout << "]" << std::endl;
}

void test1()
{
    std::cout << "test1 ======================" << std::endl;
    std::vector<int> v1{1, 2, 3, 4, 5};
    printVector(v1);

    v1 = {10, 20, 30, 40, 50}; // 可以直接赋值
    printVector(v1);

    std::vector<int> v2(10, 88); // 10个88
    printVector(v2);
}

void test2()
{
    std::cout << "test2 ======================" << std::endl;
    std::vector<int> v1{1, 2, 3, 4, 5};

    printVector(v1);
    std::cout << "size: " << v1.size() << std::endl;         // 大小
    std::cout << "capacity: " << v1.capacity() << std::endl; // 容量
    std::cout << "max_size: " << v1.max_size() << std::endl; // 最大容量

    v1.push_back(6); // 在尾部添加元素
    printVector(v1);
    std::cout << "size: " << v1.size() << std::endl;         // 大小
    std::cout << "capacity: " << v1.capacity() << std::endl; // 容量，每超出一次，容量翻倍
    std::cout << "max_size: " << v1.max_size() << std::endl; // 最大容量

    v1.shrink_to_fit(); // 释放多余的内存
    printVector(v1);
    std::cout << "size: " << v1.size() << std::endl;         // 大小
    std::cout << "capacity: " << v1.capacity() << std::endl; // 容量，释放多余的内存后，容量恢复到size大小
    std::cout << "max_size: " << v1.max_size() << std::endl; // 最大容量

    v1.reserve(100); // 预留100个元素的空间
    printVector(v1);
    std::cout << "size: " << v1.size() << std::endl;         // 大小
    std::cout << "capacity: " << v1.capacity() << std::endl; // 容量，预留100个元素的空间后，容量恢复到100，直到超出100
    std::cout << "max_size: " << v1.max_size() << std::endl; // 最大容量
}

void test3()
{
    std::cout << "test3 ======================" << std::endl;
    std::vector<int> v1{1, 2, 3, 4, 5};
    printVector(v1);
    v1[0] = 100;
    v1.at(1) = 200;
    printVector(v1);

    std::cout << "v1的第一个元素: " << v1.front() << std::endl;
    std::cout << "v1的最后一个元素: " << v1.back() << std::endl;

    v1.pop_back(); // 删除最后一个元素
    printVector(v1);
}

void test4()
{
    std::vector<int> v1{1, 2, 3, 4, 5};
    printVector(v1);

    v1.clear(); // 清空容器
    printVector(v1);

    v1 = {1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10};
    printVector(v1);
    v1.erase(v1.begin(), v1.begin() + 3); // 删除前三个元素
    printVector(v1);

    // 删除所有偶数
    v1 = {1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10};
    std::vector<int>::iterator it = v1.begin(); // 获取迭代器
    while (it != v1.end())
    {
        if (*it % 2 == 0)
            v1.erase(it);
        else
            it++;
    }
    printVector(v1);
}

void test5()
{
    std::cout << "test5 ======================" << std::endl;
    // 交换两个vector
    std::vector<int> v1{1, 2, 3, 4, 5};
    std::vector<int> v2{10, 20, 30, 40, 50};
    printVector(v1);
    printVector(v2);

    v1.swap(v2);
    printVector(v1);
    printVector(v2);
}

void test6()
{
    std::cout << "test6 ======================" << std::endl;
    std::vector<int> v1{9, 2, 5, 4, 7, 6, 8, 1, 3};
    printVector(v1);
    std::sort(v1.begin(), v1.end()); // 排序
    printVector(v1);
}

// 判断是否为偶数
int getEven(int x)
{
    return x % 2 == 0;
}

void test7()
{
    std::cout << "test7 ======================" << std::endl;
    std::vector<int> v1{1, 2, 3, 4, 5};
    std::vector<int> v2{10, 20};

    printVector(v1);
    printVector(v2);

    std::copy(v1.begin(), v1.end(), std::back_inserter(v2)); // 拷贝
    printVector(v1);
    printVector(v2);

    v1 = {1, 2, 3, 4, 5};
    v2 = {10, 20};
    // std::copy_if(v1.begin(),v1.end(),std::back_inserter(v2),getEven); // 拷贝偶数
    std::copy_if(v1.begin(), v1.end(), std::back_inserter(v2), [](int x)
                 { return x % 2 == 0; }); // 使用lambda表达式
    printVector(v1);
    printVector(v2);
}

void test8()
{
    std::cout << "test8 ======================" << std::endl;
    std::vector<int> v1{1, 2, 3, 4, 5};
    std::vector<int> v2{10, 20, 30, 40, 50};
    std::vector<int> v3;

    std::transform(v1.begin(), v1.end(), v2.begin(), std::back_inserter(v3),
                   [](int x, int y)
                   { return x + y; }); // 加法
    // std::transform(v1.begin(), v1.end(), v2.begin(), std::back_inserter(v3), std::plus<int>()); // 使用内置的加法函数
    std::cout << "v1 + v2 = " << std::endl;
    printVector(v3);

    v3.clear(); // 清空容器
    std::transform(v1.begin(), v1.end(), v2.begin(), std::back_inserter(v3),
                   [](int x, int y)
                   { return x * y; }); // 乘法
    // std::transform(v1.begin(), v1.end(), v2.begin(), std::back_inserter(v3), std::multiplies<int>()); // 使用内置的乘法函数
    std::cout << "v1 * v2 = " << std::endl;
    printVector(v3);
}

void test9()
{
    std::cout << "test9 ======================" << std::endl;
    std::vector<int> v1{1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10};
    std::vector<int> v2{100, 200, 300, 400};
    printVector(v1);
    printVector(v2);

    auto it = std::find(v1.begin(), v1.end(), 5); // 查找5第一次出现的位置
    if (it != v1.end())
    {
        std::cout << "找到了:5 " << std::endl;
        v1.insert(it, v2.begin(), v2.end()); // 插入
    }
    else
    {
        std::cout << "没有找到" << std::endl;
    }

    printVector(v1);
}
int main()
{
    // test1();
    // test2();
    // test3();
    // test4();
    // test5();
    // test6();
    // test7();
    // test8();
    test9();
    return 0;
}

5、deque（double ended queue，双端数组）示例

  • 动态数组，和vector类似，但是deque是双端的，可以在头部和尾部进行插入和删除操作
  • 与vector不同，deque在内存中是分段连续的，每段内存都是连续的，所以在头部和尾部插入和删除元素都很快
  • 获取元素的复杂度是常数
  • 在头部和尾部插入和删除元素的复杂度是常数
  • 在中间插入和删除元素的复杂度是线性的
  • 支持迭代器和算法

代码：

cpp 复制代码 
/*
* deque（double ended queue，双端数组）示例
* 动态数组，和vector类似，但是deque是双端的，可以在头部和尾部进行插入和删除操作
* 与vector不同，deque在内存中是分段连续的，每段内存都是连续的，所以在头部和尾部插入和删除元素都很快
* 获取元素的复杂度是常数
* 在头部和尾部插入和删除元素的复杂度是常数
* 在中间插入和删除元素的复杂度是线性的
* 支持迭代器和算法
*/
#include <iostream>
#include <deque>
#include <vector>
#include <algorithm>

// 用于显示deque的函数模板
template <typename T>
void display(const std::deque<T> &d)
{
    std::cout << "[ ";
    for (const auto &item:d )
        std::cout << item << " ";
    std::cout << "]";
    std::cout << std::endl;
}

void test1()
{
    std::cout << "test1 ======================" << std::endl;
    std::deque<int> d1{1, 2, 3, 4, 5};
    display(d1);

    std::deque<int> d2 (10,100);
    display(d2);
    d2[0] = 99;
    d2.at(1) = 88;
    display(d2);
}

void test2()
{
    std::cout << "test2 ======================" << std::endl;
    std::deque<int> d1 {0,0,0,0};
    display(d1);

    d1.push_back(10);
    d1.push_back(20);
    display(d1);

    d1.push_front(100);
    d1.push_front(200);
    display(d1);

    std::cout << "第一个元素: " << d1.front() << std::endl;
    std::cout << "最后一个元素: " << d1.back() << std::endl;
    std::cout << "大小: " << d1.size() << std::endl;

    d1.pop_back();
    d1.pop_front();
    display(d1);
}

void test3()
{
    std::cout << "test3 ======================" << std::endl;
    std::vector<int> v1 {1,2,3,4,5,6,7,8,9,10};
    std::deque<int> d2;

    // 将vector中的偶数放入deque后，奇数放入deque前
    for (const auto &item:v1)
    {
        if (item % 2 == 0)
            d2.push_back(item);
        else
            d2.push_front(item);
    }
    display(d2);
}

void test4()
{
    std::cout << "test4 ======================" << std::endl;
    std::vector<int> v1 {1,2,3,4,5,6,7,8,9,10};
    std::deque<int> d2;

    // 将vector中的元素放到d2后
    for (const auto &item:v1)
        d2.push_back(item);
    display(d2);

    d2.clear(); // 清空deque
    // 将vector中的元素放到d2前
    for (const auto &item:v1)
        d2.push_front(item);
    display(d2);

    
}

void test5()
{
    std::cout << "test5 ======================" << std::endl;
    std::vector<int> v1 {1,2,3,4,5,6,7,8,9,10};
    std::deque<int> d2;

    // 使用std::copy实现test4效果
    std::copy(v1.begin(), v1.end(), std::back_inserter(d2));
    display(d2);
    
    d2.clear(); // 清空deque
    std::copy(v1.begin(), v1.end(), std::front_inserter(d2));
    display(d2);
}
int main()
{
    // test1();
    // test2();
    // test3();
    // test4();
    test5();
    return 0;
}

6、list（链表）容器

  • 动态大小
  • list是一个双向链表，支持快速的插入和删除操作
  • list不支持随机访问，不支持下标运算符

代码：

cpp 复制代码 
/*
* list（链表）容器
* 动态大小
* list是一个双向链表，支持快速的插入和删除操作
* list不支持随机访问，不支持下标运算符
*/

#include <iostream>
#include <list>
#include <algorithm>


// 打印list的函数模板
template <typename T>
void printList(const std::list<T> &l)
{
    std::cout << "[";
    for (const auto &e : l)
        std::cout << e << " ";
    std::cout << "]" << std::endl;
}

void test1()
{
    std::cout << "test1 ======================" << std::endl;
    std::list<int> l1 {1, 2, 3, 4, 5};
    printList(l1);

    std::list<std::string> l2;
    l2.push_back("hello");
    l2.push_back("world");
    printList(l2);

    std::list<int> l3;
    l3 = {1,2,3,4,5,6,7,8,9,10};
    printList(l3);

    std::list<int> l4 (10,88);
    printList(l4);


}

void test2()
{
    std::cout << "test2 ======================" << std::endl;
    std::list<int> l1 {1,2,3,4,5,6,7,8,9,10};
    printList(l1);

    std::cout << "第一个元素: " << l1.front() << std::endl;
    std::cout << "最后一个元素: " << l1.back() << std::endl;
    std::cout << "大小: " << l1.size() << std::endl;

    l1.clear();
    printList(l1);
    std::cout << "大小: " << l1.size() << std::endl;
}

void test3()
{
    std::cout << "test3 ======================" << std::endl;
    std::list<int> l1 {1,2,3,4,5,6,7,8,9,10};
    printList(l1);

    l1.resize(5); // 缩小到5个元素
    printList(l1);
}

void test4()
{
    std::cout << "test4 ======================" << std::endl;
    std::list<int> l1 {1,2,3,4,5,6,7,8,9,10};
    printList(l1);

    // 找到第一个5，然后在5前面追加一个100
    std::list<int>::iterator it = std::find(l1.begin(), l1.end(), 5);
    if (it != l1.end())
        l1.insert(it, 100);
    printList(l1);

    std::list<int> l2 {1000, 2000, 3000};
    // 将l2中的元素插入到l1中
    l1.insert(it, l2.begin(), l2.end());
    printList(l1);

    std::advance(it, -2); // it向前移动2个位置
    std::cout << *it << std::endl;

    l1.erase(it); // 删除it指向的元素，也就是2000
    printList(l1);
}

void test5()
{
    std::cout << "test5 ======================" << std::endl;
    std::list<int> l1 {3,5,2,10,7,9,8,1,4,6};
    printList(l1);
    l1.sort();
    printList(l1);
    
}
int main()
{
    // test1();
    // test2();
    // test3();
    // test4();
    test5();
    return 0;
}

7、set示例

  • set是一种关联式容器
  • 根据元素的值，自动排序，重复元素会被自动去重
  • 不支持随机访问，不支持下标运算符
  • 支持各种迭代器和算法

代码：

cpp 复制代码 
/*
* set示例
* set是一种关联式容器
* 根据元素的值，自动排序，重复元素会被自动去重
* 不支持随机访问，不支持下标运算符
* 支持各种迭代器和算法

*/
#include <iostream>
#include <set>

// 用于显示set的函数模板
template <typename T>
void printSet(const std::set<T> &s)
{
    std::cout << "[";
    for (const auto &e : s)
        std::cout << e << " ";
    std::cout << "]" << std::endl;
}

void test1()
{
    std::cout << "test1 ======================" << std::endl;
    std::set<int> s1{1, 2, 3, 4, 5};
    printSet(s1);

    s1 = {1,1,1,2,2,2,3,3,3}; // 重复元素会被自动去重
    printSet(s1);

    s1.insert(10); 
    s1.insert(0);
    printSet(s1);

    if (s1.count(10)) // count返回1表示找到，返回0表示未找到
        std::cout << "找到10" << std::endl;
    else
        std::cout << "未找到10" << std::endl;

    auto it = s1.find(10); // find返回迭代器，如果找到，返回迭代器指向该元素，否则返回end()
    if (it != s1.end())
        std::cout << "找到" << *it << std::endl;
    
    s1.clear();
    printSet(s1);
}

void test2()
{
    std::cout << "test2 ======================" << std::endl;
    std::set<std::string> s1 {"A", "B", "C", "D", "E"};
    printSet(s1);

    auto result = s1.insert("F"); // insert返回一个pair，第一个元素是迭代器，指向插入的元素，第二个元素是bool，表示是否插入成功
    printSet(s1);
    std::cout << std::boolalpha; // boolalpha表示输出true/false
    std::cout << "first: " << *(result.first) << std::endl;
    std::cout << "second: " << result.second << std::endl; // 插入成功，返回true


    result = s1.insert("A"); // A 已经存在，插入失败，但是返回的迭代器指向A
    printSet(s1);
    std::cout << std::boolalpha; // boolalpha表示输出true/false
    std::cout << "first: " << *(result.first) << std::endl;
    std::cout << "second: " << result.second << std::endl; // 插入失败，返回false，表示有重复元素

}

int main()
{
    // test1();
    test2();
    return 0;
}

8、map示例

  • map是一种关联式容器，它的元素是key-value对（std::pair），key是唯一的，value可以重复
  • map中的元素是按key自动排序的
  • 使用key访问元素

代码：

cpp 复制代码 
/*
* map示例
* map是一种关联式容器，它的元素是key-value对（std::pair），key是唯一的，value可以重复
* map中的元素是按key自动排序的
* 使用key访问元素

*/

#include <iostream>
#include <map>
#include <set>

// 打印map的函数模板
template <typename T1, typename T2>
void printMap(const std::map<T1, T2> &m)
{
    std::cout << "[";
    for (const auto &e : m)
        std::cout << e.first << ":" << e.second << " ";
    std::cout << "]" << std::endl;
}

// map的value是set
void printMap(const std::map<std::string, std::set<int>> &m)
{
    std::cout << "[";
    for (const auto &e : m)
    {
        std::cout << e.first << ":[ ";
        for (const auto &s : e.second)
            std::cout << s << " ";
        std::cout << "] ";
    }
    std::cout << "]" << std::endl;
}

void test1()
{
    std::cout << "test1 ======================" << std::endl;
    std::map<std::string, int> m1 { // string是key，int是value
        {"mike", 10},
        {"jane", 20},
        {"tom", 30},
    };
    printMap(m1); // [jane:20 mike:10 tom:30 ]，会自动按key排序

    m1.insert(std::pair<std::string, int>("anna", 100)); // 插入一个pair
    printMap(m1); 

    m1.insert(std::make_pair("bob", 200)); // 插入一个pair
    printMap(m1);

    m1["jim"] = 300; // 如果key不存在，会自动插入一个pair，如果key存在，会更新value
    printMap(m1);
    m1["jim"] += 100; // 更新value
    printMap(m1);

    std::cout << "mike的计次：" << m1.count("mike") << std::endl; // count返回1表示找到，返回0表示未找到
    std::cout << "alice的计次：" << m1.count("alice") << std::endl; 

    auto it = m1.find("jim"); // find返回迭代器，如果未找到，返回end()
    if (it != m1.end())
        std::cout << "找到" << it->first << "，value为" << it->second << std::endl;
    else
        std::cout << "未找到jim" << std::endl;

    m1.clear(); // 清空map
    printMap(m1);

}

void test2()
{
    std::cout << "test2 ======================" << std::endl;
    std::map<std::string, std::set<int>> student_grades { // string是key，set是value
        {"mike", {100, 90}},
        {"jane", {99, 88, 77}},
        {"tom", {98, 87, 76}},
    };

    printMap(student_grades);

    student_grades["mike"].insert(80); // 插入80分
    printMap(student_grades);

    auto it = student_grades.find("jane");
    if (it != student_grades.end())
    {
        it->second.erase(88); // 删除88分
        printMap(student_grades);
    }
   
}

int main()
{
    // test1();
    test2();
    return 0;
}

9、stack 示例

  • stack 是一种容器适配器，遵循后进先出（LIFO）的原则
  • stack 本身不是容器，它是基于容器实现的（如vector、list、deque等）
  • 所有的操作都在栈顶进行（top）
  • stack 本身没有迭代器

代码：

cpp 复制代码 
/*
* stack 示例
* stack 是一种容器适配器，遵循后进先出（LIFO）的原则
* stack 本身不是容器，它是基于容器实现的（如vector、list、deque等）
* 所有的操作都在栈顶进行（top）
* stack 本身没有迭代器
*/

#include <iostream>
#include <stack>
#include <vector>
#include <list>
#include <deque>


// 显示stack的函数模板
template <typename T>
void display(std::stack<T> s)
{
    std::cout << "[";
    while (!s.empty())
    {
        T elem = s.top(); // 读取栈顶元素
        std::cout << elem << " ";
        s.pop(); // 弹出栈顶元素
    }
    std::cout << "]" << std::endl;
}
int main()
{
    std::stack<int> s;

    for (auto i: {1,2,3,4,5})
        s.push(i);
    display(s);

    s.push(100); // 压入元素
    display(s);

    s.pop(); // 弹出元素
    s.pop();

    display(s);

    // s.clear(); // 并没有clear()方法
    while (!s.empty())
        s.pop(); // 弹出所有元素
    display(s);

    s.push(10);
    display(s);

    s.top() = 100; // 修改栈顶元素
    display(s);

    return 0;
}

10、queue示例

  • queue是一种容器适配器，遵循先进先出（FIFO）的原则
  • queue的底层容器可以是deque、list
  • 元素只能从队尾压入，从队首弹出（排队）
  • queue本身没有提供迭代器

代码：

cpp 复制代码 
/*
* queue示例
* queue是一种容器适配器，遵循先进先出（FIFO）的原则
* queue的底层容器可以是deque、list
* 元素只能从队尾压入，从队首弹出（排队）
* queue本身没有提供迭代器
*/

#include <iostream>
#include <queue>

// 显示queue的函数模板
template <typename T>
void display(std::queue<T> q)
{
    std::cout << "[";
    while (!q.empty())
    {
        T elem = q.front(); // 读取队首元素
        std::cout << elem << " ";
        q.pop(); // 弹出队首元素
    }
    std::cout << "]" << std::endl;
}

int main()
{
    std::queue<int> q;
    for (auto i : {1, 2, 3, 4, 5})
        q.push(i);
    display(q);

    std::cout << "队首元素: " << q.front() << std::endl;
    std::cout << "队尾元素: " << q.back() << std::endl;

    q.push(100); // 压入元素
    display(q);

    q.pop(); // 弹出元素
    q.pop();

    display(q);

    // q.clear(); // 并没有clear()方法
    while (!q.empty())
        q.pop(); // 弹出所有元素
    display(q);

    std::cout << "size: " << q.size() << std::endl;

    q.push(10);
    q.push(20);
    q.push(30);
    display(q);

    std::cout << "第一个元素: " << q.front() << std::endl;
    std::cout << "最后一个元素: " << q.back() << std::endl;

    q.front() = 100; // 修改队首元素
    q.back() = 200; // 修改队尾元素
    display(q);

    return 0;
}

11、priority_queue （优先级队列）示例

  • 允许按照优先级来插入和删除元素
  • 优先级最高的元素总是位于队首（最大值在队首）
  • 本身没有提供迭代器

代码：

cpp 复制代码 
/*
* priority_queue （优先级队列）示例
* 允许按照优先级来插入和删除元素
* 优先级最高的元素总是位于队首（最大值在队首）
* 本身没有提供迭代器

*/
#include <iostream>
#include <queue>

// 显示priority_queue的函数模板
template <typename T>
void display(std::priority_queue<T> pq)
{
    std::cout << "[";
    while (!pq.empty())
    {
        T elem = pq.top(); // 读取优先级最高元素
        std::cout << elem << " ";
        pq.pop(); // 弹出优先级最高元素
    }
    std::cout << "]" << std::endl;
}

void test1()
{
    std::cout << "test1 ======================" << std::endl;
    std::priority_queue<int> pq;
    for (auto i : {3,5,8,1,2,9,4,7,6})
        pq.push(i);
    display(pq);

    std::cout << "大小: " << pq.size() << std::endl;
    std::cout << "最大值: " << pq.top() << std::endl;

    pq.pop(); // 弹出最大值
    display(pq);
}

int main()
{
    test1();
    return 0;
}
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