STL常用算法-C++

_Amor_2023-11-27 14:23

概述：

  • 算法主要是由头文件 <algorithm> <functional> <numeric> 组成。
  • <algorithm> 是所有 STL 头文件中最大的一个，范围涉及是比较、交换、查找、遍历操作、复制、修改等等。
  • <functional> 定义了一些模板类，用以声明函数对象
  • <numeric> 体积很小，只包括几个在序列上面进行简单数学运算的模板函数

1. 常用的遍历算法

学习目标：

  • 掌握常用的遍历算法

算法简介：

  • for_each // 遍历容器
  • transform // 搬运容器到另一个容器中

1.1 for_each

功能描述：

  • 实现遍历容器

函数原型：

  • for_each(iterator beg, iterator end, _func);
    // 遍历算法 遍历容器元素
    // beg 开始迭代器
    // end 结束迭代器
    // _func 函数或者函数对象

示例：

cpp 复制代码 
#include <iostream>
#include <vector>
#include <algorithm>
using namespace std;

//1.普通函数
void print01(int val) {
	cout << val << " ";
}

//2.仿函数
class print02
{
public:
	void operator()(int val) {
		cout << val << " ";
	}
};

int main() {
	vector<int> v;
	for (int i = 0; i < 10; i++) {
		v.push_back(i);
	}

	for_each(v.begin(), v.end(), print01);//普通函数
	cout << endl;

	for_each(v.begin(), v.end(), print02());//仿函数的函数对象
	cout << endl;
	
	return 0;
}

总结：for_each 在实际开发中是最常用的遍历算法，需要熟练掌握

1.2 transform

功能描述：

  • 搬运容器到另一个容器中

函数原型：

  • transform(iterator beg1, iterator end1, iterator beg2, _func);
    // beg1 源容器开始迭代器
    // end1 源容器结束迭代器
    // beg2 目标容器开始迭代器
    // _func 函数或者函数对象（可以在搬运过程中对源容器中的元素做一些逻辑运算等操作）

示例：

cpp 复制代码 
#include <iostream>
#include <vector>
#include <algorithm>
using namespace std;

//仿函数
class Transform
{
public:
	int operator()(int val) {//搬运过程中需要把元素返回回去，所以返回类型为搬运的元素类型
		return val;
	}
};

class MyPrint
{
public:
	void operator()(int val) {
		cout << val << " ";
	}
};

int main() {
	vector<int> v;
	for (int i = 0; i < 10; i++) {
		v.push_back(i);
	}

	vector<int> vTarget;
	vTarget.resize(v.size());//目标容器需要提前开辟预定大小的空间
	transform(v.begin(), v.end(), vTarget.begin(), Transform());

	for_each(vTarget.begin(), vTarget.end(), MyPrint());
	cout << endl;
	
	return 0;
}

总结：

  • 搬运的目标容器必须要提前开辟预定大小的空间，否则无法正常搬运
  • 搬运过程中需要把元素返回回去，所以仿函数的返回类型为 搬运的元素的类型

2. 常用查找算法

学习目标：

  • 掌握常用的查找算法

算法简介：

  • find // 查找元素
  • find_if // 按条件查找元素
  • adjacent_find // 查找相邻重复元素
  • binary_search // 二分查找法
  • count // 统计元素个数
  • count_if // 按条件统计元素个数

2.1 find

功能描述：

  • 查找指定元素，找到返回指定元素的迭代器，找不到返回结束迭代器（end）

函数原型：

  • find(iterator beg, iterator end, value);
    // 以迭代器的方式按值查找元素，找到返回指定位置迭代器，找不到返回结束迭代器位置
    // beg 开始迭代器
    // end 结束迭代器
    // value 查找的元素

示例：

cpp 复制代码 
#include <iostream>
#include <vector>
#include <algorithm>
using namespace std;

class Person {
public:
	Person(string name, int age) {
		this->name = name;
		this->age = age;
	}
	
	bool operator==(const Person& p) {
		if (this->name == p.name && this->age == p.age) {
			return true;
		} else {
			return false;
		}
	}

public:
	string name;
	int age;
};

int main() {
//查找内置数据类型
	vector<int> v;
	for (int i = 0; i < 10; i++) {
		v.push_back(i);
	}

	vector<int>::iterator it = find(v.begin(), v.end(), 5);
	if (it == v.end()) {
		cout << "没有找到！" << endl;
	}
	else {
		cout << "找到:" << *it << endl;
	}
	

//查找自定义数据类型
	vector<Person> vp;
	Person p1("aaa", 10);
	Person p2("bbb", 20);
	Person p3("ccc", 30);
	Person p4("ddd", 40);
	vp.push_back(p1);
	vp.push_back(p2);
	vp.push_back(p3);
	vp.push_back(p4);

	Person pp("bbb", 20);
	//当使用 find 查找自定义数据类型时，要在自定义数据类型内部重载 == 运算符，让底层 find 知道如何对比自定义数据类型
	vector<Person>::iterator it = find(vp.begin(), vp.end(), pp);
	if (it == vp.end()) {
		cout << "没有找到" << endl;
	}
	else {
		cout << "找到：" << it->name << " " << it.age << endl;
	}
	
	return 0;
}

总结：

  • 利用 find 可以在容器中找指定的元素，返回值是迭代器
  • 当使用 find 查找自定义数据类型时，要在自定义数据类型内部重载 == 运算符，让底层 find 知道如何对比自定义数据类型

2.2 find_if

功能描述：

  • 按条件查找元素

函数原型：

  • find_if(iterator beg, iterator end, _Pred);
    // 按值查找元素，找到返回指定元素迭代器位置，找不到返回结束迭代器位置
    // beg 开始迭代器
    // end 结束迭代器
    // _Pred 函数或者谓词（返回 bool 类型的仿函数）

示例：

cpp 复制代码 
#include <iostream>
#include <vector>
#include <algorithm>
using namespace std;

//内置数据类型仿函数
class GreaterFive
{
public:
	bool operator()(int val) {
		return val > 5;
	}
};

class Person {
public:
	Person(string name, int age) {
		this->name = name;
		this->age = age;
	}
	
	bool operator==(const Person& p) {
		if (this->name == p.name && this->age == p.age) {
			return true;
		} else {
			return false;
		}
	}

public:
	string name;
	int age;
};

//自定义数据类型仿函数
class Greater20
{
public:
	bool operator()(Person& p) {
		return p.age > 20;
	}
};

int main() {
//查找内置数据类型
	vector<int> v;
	for (int i = 0; i < 10; i++) {
		v.push_back(i);
	}

	vector<int>::iterator it = find_if(v.begin(), v.end(), GreaterFive());
	if (it == v.end()) {
		cout << "没有找到！" << endl;
	}
	else {
		cout << "找到大于 5 的数字为:" << *it << endl;
	}

//查找自定义数据类型
	vector<Person> vp;
	Person p1("aaa", 10);
	Person p2("bbb", 20);
	Person p3("ccc", 30);
	Person p4("ddd", 40);
	vp.push_back(p1);
	vp.push_back(p2);
	vp.push_back(p3);
	vp.push_back(p4);

	Person pp("bbb", 20);
	vector<Person>::iterator it = find(vp.begin(), vp.end(), Greater20());
	if (it == vp.end()) {
		cout << "没有找到" << endl;
	}
	else {
		cout << "找到：" << it->name << " " << it.age << endl;
	}
	
	return 0;
}

2.3 adjacent_find

功能描述：

  • 查找相邻重复元素

函数原型：

  • adjacent_find(iterator beg, iterator end);
    // 查找相邻重复元素，返回相邻元素的第一个位置的迭代器；找不到返回结束迭代器位置。
    // beg 开始迭代器
    // end 结束迭代器

示例：

cpp 复制代码 
#include <iostream>
#include <vector>
#include <algorithm>
using namespace std;

int main() {
//查找内置数据类型
	vector<int> v;
	v.push_back(0);
	v.push_back(2);
	v.push_back(0);
	v.push_back(3);
	v.push_back(1);
	v.push_back(4);
	v.push_back(3);
	v.push_back(3);

	vector<int>::iterator it = adjacent_find(v.begin(), v.end());
	if (it == v.end()) {
		cout << "没有找到相邻重复元素！" << endl;
	}
	else {
		cout << "找到相邻重复元素:" << *it << endl;
	}

	return 0;
}

功能描述：

  • 查找指定元素是否存在

函数原型：

  • bool binary_search(iterator beg, iterator end, val);
    // 查找指定的元素，查到返回 true，否则 false
    // beg 开始迭代器
    // end 结束迭代器
    // value 查找的元素

注意：容器必须是有序的序列，在无序序列中不可用。（如果是无序的序列，结果未知！）

示例：

cpp 复制代码 
#include <iostream>
#include <vector>
#include <algorithm>
using namespace std;

int main() {
//查找内置数据类型
	vector<int> v;
	for (int i = 0; i < 10; i++) {
		v.push_back(i);
	}

	bool ret= binary_search(v.begin(), v.end(), 9);
	if (ret) {
		cout << "找到了元素!" << endl;
	}
	else {
		cout << "未找到!" << endl;
	}

	return 0;
}

总结：虽然二分查找法查找效率很高，但是值得注意的是查找的容器中元素必须是有序序列。

2.5 count

功能描述：

  • 统计元素个数

函数原型：

  • count(iterator beg, iterator end, val);
    // 统计元素出现次数
    // beg 开始迭代器
    // end 结束迭代器
    // value 统计的元素

示例：

cpp 复制代码 
#include <iostream>
#include <vector>
#include <algorithm>
using namespace std;

class Person {
public:
	Person(string name, int age) {
		this->name = name;
		this->age = age;
	}

	bool operator==(const Person& p) {//底层要求必须加上 const，否则会报错
		if (this->age == p.age) {
			return true;
		} else {
			return false;
		}
	}

public:
	string name;
	int age;
};

int main() {
//统计内置数据类型
	vector<int> v;
	v.push_back(0);
	v.push_back(2);
	v.push_back(0);
	v.push_back(3);
	v.push_back(1);
	v.push_back(4);
	v.push_back(3);
	v.push_back(3);

	int num = count(v.begin(), v.end(), 3);
	cout << "3 的元素个数为：" << num << endl;

//统计自定义数据类型
	vector<Person> vp;
	Person p1("aaa", 10);
	Person p2("bbb", 20);
	Person p3("ccc", 20);
	Person p4("ddd", 40);
	vp.push_back(p1);
	vp.push_back(p2);
	vp.push_back(p3);
	vp.push_back(p4);
	
	Person pp("eee", 20);
	
	//当使用 count 查找自定义数据类型时，要在自定义数据类型内部重载 == 运算符，让底层 count 知道如何对比自定义数据类型
	num = count(vp.begin(), vp.end(), pp);
	cout << "和 eee 的年龄相同 的元素个数为：" << num << endl;
	
	return 0;
}

总结：统计自定义数据类型的时候，需要配合重载 operator==

2.5 count_if

功能描述：

  • 按条件统计元素个数

函数原型：

  • count_if(iterator beg, iterator end, _Pred);
    // 按条件统计元素出现次数
    // beg 开始迭代器
    // end 结束迭代器
    // _Pred 谓词

示例：

cpp 复制代码 
#include <iostream>
#include <vector>
#include <algorithm>
using namespace std;

class Greater2
{
public:
	bool operator()(int val) {
		return val > 2;
	}
};

class Person {
public:
	Person(string name, int age) {
		this->name = name;
		this->age = age;
	}

	bool operator==(const Person& p) {//底层要求必须加上 const，否则会报错
		if (this->age == p.age) {
			return true;
		} else {
			return false;
		}
	}

public:
	string name;
	int age;
};

class AgeGreater20
{
public:
	bool operator()(const Person& p) {
		return p.age >= 20;
	}
};

int main() {
//统计内置数据类型
	vector<int> v;
	v.push_back(0);
	v.push_back(2);
	v.push_back(0);
	v.push_back(3);
	v.push_back(1);
	v.push_back(4);
	v.push_back(3);
	v.push_back(3);

	int num = count_if(v.begin(), v.end(), Greater2());
	cout << "大于 2 的元素个数为：" << num << endl;

//统计自定义数据类型
	vector<Person> vp;
	Person p1("aaa", 10);
	Person p2("bbb", 20);
	Person p3("ccc", 20);
	Person p4("ddd", 40);
	vp.push_back(p1);
	vp.push_back(p2);
	vp.push_back(p3);
	vp.push_back(p4);
	
	num = count(vp.begin(), vp.end(), AgeGreater20());
	cout << "age >= 20 的元素个数为：" << num << endl;
	
	return 0;
}

3. 常用排序算法

学习目标：

  • 掌握常用的排序算法

算法简介：

  • sort //对容器中元素进行排序
  • random_shuffle //洗牌 指定范围内的元素随机调整次序
  • merge //容器元素合并，并存储在另一个容器中
  • reverse //反转指定范围内的元素

3.1 sort

功能描述：

  • 对容器内元素进行排序

函数原型：

  • sort(iterator beg, iterator end, _Pred);
    // 按值查找元素，找到返回指定位置迭代器，找不到返回结束迭代器位置
    // beg 开始迭代器
    // end 结束迭代器
    // _Pred 谓词，可以选择填或不填，不填的话默认是一个从小到大的排序；如果填的话会按照指定的排序规则进行排序
    // 返回值是 bool 类型

示例：

cpp 复制代码 
#include <iostream>
#include <vector>
#include <algorithm>
#include <functional>
using namespace std;

class Greater2
{
public:
	bool operator()(int val) {
		return val > 2;
	}
};

//普通函数遍历
void myPrint(int val) {
	cout << val << " ";
}

int main() {

	vector<int> v;
	v.push_back(0);
	v.push_back(2);
	v.push_back(3);
	v.push_back(1);
	v.push_back(4);

	sort(v.begin(), v.end());//1.默认升序排列
	for_each(v.begin(), v.end(), myPrint);
	cout << endl;

	sort(v.begin(), v.end(), greater<int>());//2.使用内建函数对象降序排列
	for_each(v.begin(), v.end(), myPrint);
	cout << endl;
	
	return 0;
}

总结：sort 属于开发中最常用的算法之一，需熟练掌握

3.2 random_shuffle

功能描述：

  • 洗牌：对指定范围内的元素随机调整次序

函数原型：

  • random_shuffle(iterator beg, iterator end);
    // 按值查找元素，找到返回指定位置迭代器，找不到返回结束迭代器位置
    // beg 开始迭代器
    // end 结束迭代器

示例：

cpp 复制代码 
#include <iostream>
#include <vector>
#include <algorithm>
#include <ctime>
using namespace std;

//普通函数遍历
void myPrint(int val) {
	cout << val << " ";
}

int main() {

	vector<int> v;
	for (int i = 0 ; i < 10; i++) {
		v.push_back(i);
	}
	//1.利用洗牌算法打乱顺序，但每次打乱顺序是一样的
	//random_shuffle(v.begin(), v.end());
	//2.利用洗牌算法打乱顺序，加入随机种子真实打乱
	srand((unsigned int)time(NULL));
	random_shuffle(v.begin(), v.end());

	for_each(v.begin(), v.end(), myPrint);
	cout << endl;
	
	return 0;
}

总结：random_shuffle 洗牌算法比较实用，使用时记得加随机数种子

3.3 merge

功能描述：

  • 两个容器元素合并，并存储到另一个容器中

函数原型：

  • merge(iterator beg1, iterator end1, iterator beg2, iterator end2, iterator dest);
    // beg1 容器1开始迭代器
    // end1 容器1结束迭代器
    // beg2 容器2开始迭代器
    // end2 容器2结束迭代器
    // dest 目标容器开始迭代器

注意：默认情况下两个容器必须都是升序序列，合并后依然是一个升序序列；如果都是降序序列的话，需要在参数列表中第 6 个形参的位置填写 谓词参数 指定规则。

示例：

cpp 复制代码 
#include <iostream>
#include <vector>
#include <algorithm>
using namespace std;

//普通函数遍历
void myPrint(int val) {
	cout << val << " ";
}

int main() {

	vector<int> v1;
	for (int i = 0 ; i < 10; i++) {
		v1.push_back(i);
	}
	vector<int> v2;
	for (int i = 0 ; i < 10; i++) {
		v2.push_back(i+3);
	}

	vector<int> vTarget;
	vTarget.resize(v1.size() + v2.size());//提前给目标容器分配空间
	merge(v1.begin(), v1.end(), v2.begin(), v2.end(), vTarget.begin());
	for_each(vTarget.begin(), vTarget.end(), myPrint);
	cout << endl;
	
	return 0;
}

总结：

  • 默认情况下 merge 合并的两个容器必须都是升序序列，合并后依然是一个升序序列。
  • 必须提前给目标容器分配空间

3.3 reverse

功能描述：

  • 将容器内元素进行反转

函数原型：

  • reverse(iterator beg, iterator end);
    // 反转指定范围内的元素
    // beg 开始迭代器
    // end 结束迭代器

示例：

cpp 复制代码 
#include <iostream>
#include <vector>
#include <algorithm>
using namespace std;

//普通函数遍历
void myPrint(int val) {
	cout << val << " ";
}

int main() {

	vector<int> v;
	v.push_back(10);
	v.push_back(30);
	v.push_back(50);
	v.push_back(20);
	v.push_back(40);

	cout << "反转前" << endl;
	for_each(v.begin(), v.end(), myPrint);
	cout << endl;

	cout << "反转后" << endl;
	reverse(v.begin(), v.end());//1.
	for_each(v.begin(), v.end(), myPrint);
	cout << endl;

	
	return 0;
}

总结：

  • reverse 反转区间内元素，面试题可能涉及到
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