【C++基础】10：STL（二）

news2024/11/15 19:34:17

CppSTL（二）

OVERVIEW

  • CppSTL（二）
      • 一、函数对象
        • 1.函数对象：
          • （1）概述：
          • （2）简单使用：
        • 2.谓词：
          • （1）一元谓词：
          • （2）二元谓词：
        • 3.内建函数对象：
          • （1）算术仿函数：
          • （2）关系仿函数：
          • （3）逻辑仿函数：
      • 二、STL常用算法
        • 1.遍历for_each
          • （1）for_each：
          • （2）transform：
        • 2.查找find
          • （1）find：
          • （2）find_if：
          • （3）其他find&count：
        • 3.排序sort
          • （1）sort
          • （2）random_shuffle
          • （3）merge
          • （4）reverse
        • 4.拷贝&替换copy
          • （1）copy：
          • （2）replace：
          • （3）replace_if：
          • （4）swap：
        • 5.算术生成
          • （1）accumulate：
          • （2）fill：
        • 6.集合算法

一、函数对象

1.函数对象：

（1）概述：
  1. 函数对象是指，重载函数调用操作符的类。
  2. 函数对象使用重载的()时，行为类似函数调用（仿函数）。

注意：函数对象（仿函数）的本质是一个类，而不是函数。

（2）简单使用：

函数对象特点：

  1. 函数对象在使用时，可以像普通函数一样具有传递参数和返回值。
  2. 函数对象与普通函数不同，函数对象可以有自己的状态。
  3. 函数对象可以作为参数传递。
#include<iostream>
using namespace std;

//1.函数对象在使用时，可以像普通函数一样有参数与返回值
class MyAdd{
public:
    int operator()(int num1, int num2){
        return num1 + num2;
    }
};
void test01(){
    MyAdd myAdd;
    cout << myAdd(10, 10) << endl;
}

//2.函数对象可以拥有自己的状态
class MyPrint{
public:
    MyPrint(){this->count = 0;}
    void operator()(string str){
        cout << str << endl;
    }
    int count;//记录内部状态
};
void test02(){
    MyPrint myPrint;
    myPrint("hello world");
    cout << "myPrint调用的次数为：" << myPrint.count << endl;
}

//3.函数对象可以作为参数传递
void doPrint(MyPrint &mp, string str){
    mp(str);
}
void test03(){
    MyPrint myPrint;
    doPrint(myPrint, "This is a test for the 3th Principle.");
}

int main(){
    test01();
    test02();
    test03();
    system("pause");
    return 0;
}

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仿函数的写法非常灵活，可以作为参数进行传递，没有固定写法。

2.谓词：

返回bool类型的仿函数被称为谓词，如果operator()接收一个参数则被称为做一元谓词，接收两个谓词则被称为二元谓词。

（1）一元谓词：
#include<iostream>
#include<vector>
#include<algorithm>
using namespace std;

class GreaterFive{
public:
    bool operator()(int val){return val > 5;}
};

int main(){
    vector<int> v;
    for(int i = 0; i < 10; ++i){
        v.push_back(i);
    }
    //查找容器中是否有大于5的数字,返回一个迭代器
    vector<int>::iterator it = find_if(v.begin(), v.end(), GreaterFive());
    if(it == v.end()){
        cout << "未找到" << endl;
    }else{
        cout << "找到了大于5的数字：" << *it << endl;
    }
    system("pause");
    return 0;
}

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（2）二元谓词：
#include<iostream>
#include<vector>
#include<algorithm>
using namespace std;

class MyCompare{
public:
    bool operator()(int num1, int num2){
        return num1 > num2;
    }
};

void printVector(vector<int> &v){
    for(vector<int>::iterator it = v.begin(); it != v.end(); ++it){
        cout << *it << " ";
    }
    cout << endl;
}

int main(){
    vector<int> v;
    v.push_back(40);
    v.push_back(30);
    v.push_back(10);
    v.push_back(50);
    v.push_back(20);
    //1.使用sort默认排序算法进行排序
    sort(v.begin(), v.end());
    printVector(v);
    //2.使用函数对象改变算法排序规则
    sort(v.begin(), v.end(), MyCompare());
    printVector(v);
    system("pause");
    return 0;
}

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3.内建函数对象：

内建函数对象指的c++STL中已经提供了的一些仿函数，

这些仿函数所产生的对象、用法和一般函数完全相同，使用内建函数对象时需要提前引入头文件#include<functional>

（1）算术仿函数：

算术仿函数实现了四则算术运算，其中negate是一元运算，其他都是二元运算。

算术仿函数原型说明
template<typename T> T plus<T>加法
template<typename T> T minus<T>减法
template<typename T> T multiplies<T>乘法
template<typename T> T divides<T>除法
template<typename T> T modulus<T>取模
template<typename T> T negate<T>取反
#include<iostream>
#include<functional>
using namespace std;

void test01(){
    //negate取反仿函数(一元法仿函数取)
    negate<int> n;
    cout << "取反仿函数：" << n(50) << endl;
    //plus加法仿函数(二元仿函数)
    plus<int> p;
    cout << "加法仿函数：" << p(10, 20) << endl;
}

int main(){
    test01();
    system("pause");
    return 0;
}

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（2）关系仿函数：

关系仿函数实现了关系比较。

关系仿函数原型说明
template<typename T> bool equal_to<T>==
template<typename T> bool not_equal_to<T>!=
template<typename T> bool greater<T>>
template<typename T> bool greater_equal<T>>=
template<typename T> bool less<T><
template<typename T> bool less_equal<T><=
#include<iostream>
#include<vector>
#include<algorithm>
#include<functional>
using namespace std;

class MyConpare{
public:
    bool operator()(int num1 ,int num2){
        return num1 > num2;
    }
};

void printVector(vector<int> &v){
    for(vector<int>::iterator it = v.begin(); it != v.end(); ++it){
        cout << *it << " ";
    }
    cout << endl;
}

void test01(){
    //1.自主实现仿函数，实现sort降序排序
    vector<int> v1;
    v1.push_back(40);
    v1.push_back(10);
    v1.push_back(50);
    v1.push_back(30);
    v1.push_back(20);
    sort(v1.begin(), v1.end(), MyConpare());
    printVector(v1);
    //2.使用内建函数对象(仿函数)，实现sort降序排序
    vector<int> v2;
    v2.push_back(80);
    v2.push_back(60);
    v2.push_back(100);
    v2.push_back(90);
    v2.push_back(70);
    sort(v2.begin(), v2.end(), greater<int>());
    printVector(v2);
}

int main(){
    test01();
    system("pause");
    return 0;
}

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（3）逻辑仿函数：

逻辑仿函数实现了逻辑运算。

逻辑仿函数原型说明
template<typename T> bool logical_and<T>逻辑与
template<typename T> bool logical_or<T>逻辑或
template<typename T> bool logical_not<T>逻辑非
#include<iostream>
#include<vector>
#include<algorithm>
#include<functional>
using namespace std;

void printVector(vector<bool> &v){
    for(vector<bool>::iterator it = v.begin(); it != v.end(); ++it){
        cout << *it << " ";
    }
    cout << endl;
}

void test01(){
    vector<bool> v1;
    v1.push_back(true);
    v1.push_back(false);
    v1.push_back(false);
    v1.push_back(true);
    v1.push_back(true);
    printVector(v1);
    //利用逻辑非操作，将容器v中的元素搬运到v2中(并执行取反操作)
    vector<bool> v2;
    v2.resize(v1.size());//必须提前开辟空间否则无法搬运
    transform(v1.begin(), v1.end(), v2.begin(), logical_not<bool>());
    printVector(v2);
}

int main(){
    test01();
    system("pause");
    return 0;
}

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二、STL常用算法

STL中的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，范围涉及到复制、交换、修改、查找、比较、遍历等操作
  • numeric体积很小，只包括几个在序列上进行简单数学运算的模板函数
  • functional定义了一些模板类用于声明函数对象

1.遍历for_each

常用的遍历算法包括for_each遍历容器与transform搬运容器元素到另一个容器中。

（1）for_each：
  • 函数原型：for_each(iterator beg, iterator end, _func);

beg开始迭代器、end结束迭代器、_func函数or函数对象

#include<iostream>
#include<vector>
#include<algorithm>
using namespace std;

//普通函数
void print01(int num){
    cout << num << " ";
}

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

int main(){
    vector<int> v;
    for(int i = 0; i < 10; ++i) v.push_back(i);
    for_each(v.begin(), v.end(), print01); cout << endl;//普通函数参数为函数名
    for_each(v.begin(), v.end(), print02()); cout << endl;//仿函数参数为函数对象
    system("pause");
    return 0;
}

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（2）transform：
  • 函数原型：transform(iterator beg1, iterator end1, iterator2, _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or函数对象

#include<iostream>
#include<vector>
#include<algorithm>
using namespace std;

class Transform{
public:
    int operator()(int val){
        return val + 1000;//逻辑操作
    }
};

class Print{
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());//需要先指定target容器大小
    transform(v.begin(), v.end(), vTarget.begin(), Transform());
    for_each(v.begin(), v.end(), Print());cout << endl;
    for_each(vTarget.begin(), vTarget.end(), Print());cout << endl;
    system("pause");
    return 0;
}

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2.查找find

（1）find：
  • find(iterator beg, iterator end, value)：查找指定元素（返回指定元素迭代器，未找到则返回迭代器end）

beg开始迭代器、end结束迭代器、value查找元素

查找内置数据类型：

#include<iostream>
#include<vector>
#include<algorithm>
using namespace std;

void test01(){
    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 << "没有找到元素" << endl;
    }else{
        cout << "找到元素：" << *it << endl;
    }
}

int main(){
    test01();
    system("pause");
    return 0;
}

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查找自定义数据类型：

#include<iostream>
#include<vector>
#include<algorithm>
using namespace std;

class Person{
public:
    Person(string n, int a){
        this->name = n;
        this->age = a;
    }
    //重载==使底层find知道如何对比person数据类型
    bool operator==(const Person &p){
        if(this->name == p.name && this->age == p.age){
            return true;
        }else{
            return false;
        }
    }
    string name;
    int age;
};

void test02(){
    vector<Person> v;
    Person p1("lch", 18);
    Person p2("uio", 20);
    Person p3("rty", 15);
    Person p4("bnm", 25);
    Person p5("cvb", 29);
    v.push_back(p1);
    v.push_back(p2);
    v.push_back(p3);
    v.push_back(p4);
    v.push_back(p5);
    vector<Person>::iterator it = find(v.begin(), v.end(), p2);
    if(it == v.end()){
        cout << "没有找到元素" << endl;
    }else{
        cout << "找到元素 姓名：" << it->name << "\t年龄：" << it->age << endl;
    }
}

int main(){
    test02();
    system("pause");
    return 0;
}

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注意：find可以在指定的容器中查询value元素，但其返回值是一个迭代器。

（2）find_if：
  • find_if(iterator beg, iterator end, _Pred)：查找指定元素（返回指定元素迭代器，未找到则返回迭代器end）

beg开始迭代器、end结束迭代器、_Pred函数或谓词（返回bool类型的仿函数）

#include<iostream>
#include<vector>
#include<algorithm>
using namespace std;

//1.查找内置数据类型
class GreaterFive{
public:
    bool operator()(int val){
        return val > 5;//当val>5时返回true
    }
};

void test01(){
    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 << "没有找到元素" << endl;
    }else{
        cout << "找到元素：" << *it << endl;
    }
}

//2.查找自定义数据类型
class Person{
public:
    Person(string n, int a){
        this->name = n;
        this->age = a;
    }
    //不需要重载==使底层find知道如何对比person数据类型
    string name;
    int age;
};

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

void test02(){
    vector<Person> v;
    Person p1("lch", 18);
    Person p2("uio", 20);
    Person p3("rty", 15);
    Person p4("bnm", 25);
    Person p5("cvb", 29);
    v.push_back(p1);
    v.push_back(p2);
    v.push_back(p3);
    v.push_back(p4);
    v.push_back(p5);
    vector<Person>::iterator it = find_if(v.begin(), v.end(), GreaterTwenty());
    if(it == v.end()){
        cout << "没有找到元素" << endl;
    }else{
        cout << "找到元素 姓名：" << it->name << "\t年龄：" << it->age << endl;
    }
}

int main(){
    test01();
    test02();
    system("pause");
    return 0;
}

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注意：find与find_if的一个区别，在查找自定义数据类型时find需要重载==而find_if不需要

（3）其他find&count：
其他find说明
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
bool binary_search(iterator beg, iterator end, value)查找指定元素，查到返回true否则false

注意：binary_search在无序序列中无法使用，只能在有序序列中才能进行二分查找

count统计说明
count(iterator beg,iterator end, value)与find查找类似，在查找时都需要对==进行重载
count_if(iterator beg,iterator end, _Pred)与find_if查找类似，照条件统计元素个数

3.排序sort

（1）sort
  • sort(iterator beg, iterator end, _Pred);按值查找元素，找到返回指定位置迭代器，否则返回结束迭代器位置
（2）random_shuffle
  • random_shuffle(iterator beg, iterator end);指定范围内的元素随机调整次序
#include<iostream>
#include<vector>
#include<algorithm>
#include<ctime>
using namespace std;

void myPrint(int val){
    cout << val << " ";
}

int main(){
    srand((unsigned int)time(NULL));//按照系统时间生成种子
    vector<int> v;
    for(int i = 0; i < 10; ++i){
        v.push_back(i);
    }
    random_shuffle(v.begin(), v.end());
    for_each(v.begin(), v.end(), myPrint);
    cout << endl;
    system("pause");
    return 0;
}

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注意：使用random_shuffle时，记得加上随机数种子保证随机洗牌

（3）merge
  • merge(iterator beg1, iterator end1, iterator beg2, iterator end2, iterator dest)容器合并后存储到另一容器中

beg1、end1容器1的开始和结束迭代器，beg2、end2容器2的开始和结束迭代器，dest目标容器开始迭代器

注意：进行容器元素合并的两个容器必须是有序的

#include<iostream>
#include<vector>
#include<algorithm>
using namespace std;

void myPrint(int val){
    cout << val << " ";
}

int main(){
    vector<int> v1;
    vector<int> v2;
    for(int i = 0; i < 10; ++i){
        v1.push_back(i);
        v2.push_back(i + 1);
    }
    for_each(v1.begin(), v1.end(), myPrint);
    cout << endl;
    for_each(v2.begin(), v2.end(), myPrint);
    cout << endl;

    vector<int> vTarget;
    vTarget.resize(v1.size() + v2.size());
    merge(v1.begin(), v1.end(), v2.begin(), v2.end(), vTarget.begin());
    for_each(vTarget.begin(), vTarget.end(), myPrint);
    cout << endl;

    system("pause");
    return 0;
}

image-20220411123241708

注意：

  1. merge合并的两个容器必须是有序序列，且序列一致
  2. 目标容器在使用前必须提前开辟内存空间
（4）reverse
  • reverse(iterator beg, iterator end)反转指定范围内的元素

4.拷贝&替换copy

（1）copy：
  • copy(iterator beg, iterator end, iterator dest)：将容器内指定范围的元素拷贝到另一容器中

注意：利用copy算法在拷贝时，目标容器需要提前开辟空间

（2）replace：
  • replace(iterator beg, iterator end, oldvalue, newvalue)：将容器内指定范围的旧元素，修改为新元素。
（3）replace_if：
  • replace_if(iterator beg, iterator end, _pred, newvalue)：将容器内指定范围、满足条件的旧元素，修改为新元素。
#include <iostream>
#include <vector>
#include <algorithm>
using namespace std;

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

//replace_if按条件查找，可以利用仿函数进行灵活筛选
class Greater20 {
public:
    bool operator() (int val) {
        return val >= 20;
    }
};

int main() {
    vector<int> v1;
    v1.push_back(10);
    v1.push_back(50);
    v1.push_back(40);
    v1.push_back(20);
    v1.push_back(30);
    cout << "before : ";
    for_each(v1.begin(), v1.end(), Print());
    cout << endl;
    replace_if(v1.begin(), v1.end(), Greater20(), 999);
    cout << "after : ";
    for_each(v1.begin(), v1.end(), Print());
    cout << endl;
    system("pause");
    return 0;
}
（4）swap：
  • swap(container c1, container c2)：互换两个容器的元素（同种容器）

5.算术生成

算术生成算法属于小型算法，使用时包含的头文件为#include<numeric>

（1）accumulate：
  • accumulate(iterator beg, iterator end, value)：计算指定区间内容器元素累计总和，
（2）fill：
  • fill(iterator beg, iterator end, value)：向指定区间内容器中填充元素，

6.集合算法

集合算法说明
set_intersection(iterator beg1, iterator end1, iterator beg2, iterator end2, iterator dest)求交集
set_union求并集
set_difference求差集

注：两个容器必须是有序序列

#include <iostream>
#include <vector>
#include <algorithm>
using namespace std;

void myPrint(int val) {
    cout << val << " ";
}

//求交集
void test01(vector<int> v1, vector<int> v2) {
    //目标容器需要提前开辟空间
    vector<int> v3;
    v3.resize(min(v1.size(), v2.size()));
    //获取交集
    vector<int>::iterator itEnd = set_intersection(v1.begin(), v1.end(), v2.begin(), v2.end(), v3.begin());
    //遍历结果
    for_each(v3.begin(), itEnd, myPrint); cout << endl;
}

//求并集
void test02(vector<int> v1, vector<int> v2) {
    //目标容器需要提前开辟空间
    vector<int> v3;
    v3.resize(v1.size() + v2.size());
    //获取交集
    vector<int>::iterator itEnd = set_union(v1.begin(), v1.end(), v2.begin(), v2.end(), v3.begin());
    //遍历结果
    for_each(v3.begin(), itEnd, myPrint); cout << endl;
}

//求差集
void test03(vector<int> v1, vector<int> v2) {
    //目标容器需要提前开辟空间
    vector<int> v3;
    v3.resize(max(v1.size(), v2.size()));
    //获取交集
    vector<int>::iterator itEnd = set_difference(v1.begin(), v1.end(), v2.begin(), v2.end(), v3.begin());
    //遍历结果
    for_each(v3.begin(), itEnd, myPrint); cout << endl;
}

int main() {
    vector<int> v1;
    vector<int> v2;
    for (int i = 0; i < 10; ++i) {
        v1.push_back(i);
        v2.push_back(i + 5);
    }
    test01(v1, v2);
    test02(v1, v2);
    test03(v1, v2);
    system("pause");
    return 0;
}

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