【C++】＜知识点＞ 标准模板库STL（上）

news2025/3/16 22:49:43

文章目录

     一、STL---string类

1. 常用构造函数

2. 常用操作

3. 字符串流处理

二、STL---容器

1. STL及基本概念

2. 顺序容器简介

3. 关联容器简介

4. 容器适配器简介

5. 常用成员函数

三、STL---迭代器

1. 普通迭代器

2. 双向、随机访问迭代器

3. 不同容器的迭代器

四、STL---常用算法

1. find顺序查找

2. binary_search二分查找

3. sort快速排序

五、其他知识点

一、STL---string类

1. 常用构造函数

string s1("hhh");
cout << s1 << endl;//hhh

string s2(8,'x');
cout << s2 << endl;//xxxxxxxx

string s;
s = 'a';
cout << s << endl;//a

string s1{'a','\0','b','c'};
cout << s1 << endl;//abc
cout << s1.length() << endl;//4
cout << s1.c_str() << endl;//以C语言风格打出，结果: a

2. 常用操作

2.1 获取长度：使用成员函数length()获取。

string s("hello");
cout << s.length() << endl;//打印5

2.2 支持流读取运算符：cin >> s; 以空格为结束。

string s;
cin >> s;//输入hello world
cout << s << endl;//打印hello

2.3 支持getline函数：getline(cin, s); 以换行为结束。

string s;
getline(cin, s);//输入hello world
cout << s << endl;//打印hello world

2.4 复制对象内容：①使用=赋值；②使用成员函数assign()。

string s1("hello");
//使用赋值=
string s2;
s2 = s1;
cout << s2 << endl;//打印hello
//使用成员函数assign()
string s3;
s3.assign(s1);
cout << s3 << endl;//打印hello
//assign函数实现部分复制
string s4;
s4.assign(s1, 1, 3);//复制s1中下标1开始的3字符
cout << s4 << endl;//打印ell

2.5 访问对象字符：①使用[]访问（常用）；②使用成员函数at()访问。at()会做范围检查，若超出范围则抛出out of range异常，而[]访问方式不做范围检查。

string s("hello world");
//使用[]访问
for (int i = 0; i < s.length(); ++i) {
	cout << s[i];
}
//使用at()访问
for (int i = 0; i < s.length(); ++i) {
	cout << s.at(i);
}

2.6 连接字符串：①使用+=；②使用成员函数append。使用append可以实现部分增加。

string s1("hello ");
string s2("world ");
//使用+=在s1后增加s2
s1 += s2;
cout << s1 << endl;//打印hello world
//使用append在s2后增加s1
s2.append(s1);
cout << s2 << endl;//打印world hello world
//使用append在s1后增加s2中下标1开始的3字符
s1.append(s2, 1, 3);
cout << s1 << endl;//打印hello world orl

2.7 比较大小：①>、<、==、<=等关系运算符已经被重载了，返回值都是bool类型。②使用成员函数compare，返回值为0、1或-1。compare可以比较两个string的一部分。

string s1("hello ");
string s2("hella ");
//使用关系运算符比较
bool flag = (s1 < s2);
cout << flag << endl;//打印0
//使用compare比较一部分
int ret = s1.compare(1, 2, s2, 0, 3);//el与hel比较
cout << ret << endl;//打印-1

2.8 获取子串：使用成员函数substr。

string s1("hello world");
//substr(i, j)表示从下标i开始的j个字符
cout << s1.substr(6, 5) << endl;//打印world

2.9 交换string内容：使用成员函数swap。

string s1("hello world");
string s2(8, 'h');
s1.swap(s2);
cout << s1 << endl;//打印hhhhhhhh
cout << s2 << endl;//打印hello world

2.10 主串中查找子串：①从前往后找：使用成员函数find。②从后往前找：使用成员函数rfind。③从指定位置开始查找：s.find("ll", 1);从s下标为1的地方开始查找"ll"。若找到则返回子串在主串中的首下标，未找到返回string::npos静态变量（VS2022中定义为-1）。

string s1("hello world");
string s2("ll");
//从前往后找
int fronRet = s1.find(s2);
cout << fronRet << endl;//打印2
//从后往前找
int RearRet = s1.rfind(s2);
cout << RearRet << endl;//打印2
//从指定位置查找
int posRet = s1.find(s2, 4);//s1下标4开始查找
cout << posRet << endl;//打印-1表示没找到

2.11 删除内容：使用成员函数erase。

string s1("hello world");
s1.erase(5);//删除下标5以及之后的所有内容
cout << s1 << endl;//打印hello
cout << s1.length() << endl;//打印5
cout << s1.size() << endl;//打印5

2.12 替换内容：使用成员函数replace。

string s1("hello world");
s1.replace(2, 3, "xxxx");//将s1下标2开始的3字符替换为xxxx
cout << s1 << endl;//打印hexxxx world

2.13 插入内容：使用成员函数insert。

string s1("hello world");
string s2("insert");
//s1下标5插入s2
s1.insert(5, s2);
cout << s1 << endl;//打印helloinsert world
//s1下标0插入s2下标0开始的3字符
s1.insert(0, s2, 0, 3);
cout << s1 << endl;//打印inshelloinsert world

2.14 转换成C语言风格的字符串：①使用成员函数c_str()，返回const char*类型字符串，且该字符串以'\0'结尾。②使用成员函数data()，返回char*类型字符串，对其进行修改可能会出错。

string s1("hello world");
const char* s2 = s1.c_str();
printf("%s", s2);//打印hello world

3. 字符串流处理

(1) 字符串输入流：将字符串中的内容保存为指定变量。例如，将"hello world 2 A 5.6"分别保存为两个string类型、一个int类型、一个char类型和一个double类型。需要包含头文件#include <iostream>、#include <string>和#include <sstream>。

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include <iostream>
#include <string>
#include <sstream>
using namespace std;

int main()
{
	string target("hello world 2 A 5.6");
	istringstream input(target);
	//定义存储的变量
	string s1, s2;
	int n;
	char c;
	double d;
	//字符串输入流
	input >> s1 >> s2 >> n >> c >> d;
	//打印结果
	cout << s1 << endl;//打印hello
	cout << s2 << endl;//打印world
	cout << n << endl;//打印2
	cout << c << endl;//打印A
	cout << d << endl;//打印5.6
	return 0;
}

(2) 字符串输出流：将某些变量的值以字符串形式呈现。例如，将"hello"、5和"world"存放于一个字符串中。

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include <iostream>
#include <string>
#include <sstream>
using namespace std;

int main()
{
	string s1("hello"), s2("world");
	int a = 5;
	//字符串输出流
	ostringstream output;
	output << s1 << s2 << a;
	cout << output.str() << endl;//打印helloworld5
	return 0;
}

二、STL---容器

1. STL及基本概念

1.1 STL：

  • 是Standard Template Liabrary的缩写，即标准模板库。
  • 标准模板库是常用数据结构和算法的模板的集合。它将常用的数据结构（如数组、集合和链表等）和常用的算法（如排序和查找等）写成类模板和函数模板。

1.2 基本概念：

  • 容器：可容纳指定数据类型的数据结构，是类模板。对象被插入容器时，被插入的是对象的一个复制品。
    • 顺序容器：vector（动态数组）、deque（双端队列）、list（循环双链表）
    • 关联容器：set、multiset、map、multimap
    • 容器适配器：stack（栈）、queue（队列）、priority_queue（优先级队列）
  • 迭代器：可用于依次访问容器中的元素，类似于指针。
  • 算法：用于操作容器中的元素，是函数模板。一些算法支持操作容器内部分元素，因此在传实参时要传入首尾元素的迭代器。在使用这些算法时，需要添加头文件<algorithm>

2. 顺序容器简介

  • 顺序容器并非排序的，元素的插入位置与该元素的值无关。
  • vector：头文件<vector> 动态数组，其大小可以动态变化。元素在内存里是连续存储的，通过下标可以访问某个元素，时间复杂度为O(1)。在头部或者中间位置插入或删除元素，时间复杂度为O(n)。在尾部插入和删除元素一般是常数时间，但是涉及扩容时会申请新空间，然后将已有的元素拷贝至新空间，时间复杂度为O(n)。
  • deque：头文件<deque> 双端队列，元素在内存连续存放。随机存取任何元素的时间复杂度为O(1)，但次于vector。在两端增删元素的时间复杂度大部分情况是O(1)，因为只需要改变元素和移动头尾指针。但是，当涉及扩容时时间复杂度为O(n)。
  • list：头文件<list> 循环双向链表，元素不是连续存储的，不支持随机存取操作。在已知位置的情况下，增删元素的时间复杂度为O(1)，因为只需要更改相关的指针即可。

3. 关联容器简介

  • 元素是排序的。在插入元素时，需要根据排序规则来确定其位置。通常以平衡二叉树的方式来实现，查找和插入的时间复杂度为O(log n)。
  • set/multiset：头文件<set> 集合。set中不允许有相同的元素，multiset中允许有相同元素。
  • map/multimap：头文件<map> 键值对，有且仅有两个成员变量first和second。first存放排序的关键字，根据first来排序所有对象，因此在查找时就能根据first快速定位。map不允许有相同的first，但multimap允许有相同的first。
  • 关联容器支持以下成员函数：
find查找等于某个值的元素（判定等于的机制：x<y和y<x同时不成立）
lower_bound查找某个值的下界区间，返回迭代器it，使得[begin, it)内所有值均小于指定值。
upper_bound查找某个值的上界区间，返回迭代器it，使得[it, end)内所有值均大于指定值。
equal_range同时查找lower_bound和upper_bound，返回pair<it,it>
count计算等于某个值的元素个数（判定等于的机制同上）
insert插入一个元素或一个区间

4. 容器适配器简介

  • stack：头文件<stack> 栈。只能操作栈顶的元素，符合后进先出的原则。
  • queue：头文件<queue> 单向队列。只能在队头进行删除、查找和修改，只能在队尾进行插入。符合先进先出的原则。
  • priority_queue：头文件<queue> 优先级队列。最高优先级元素总是第一个出队。

5. 常用成员函数

5.1 顺序容器和关联容器都有的成员函数：

begin返回第一个元素的迭代器
end返回最后一个元素后面位置的迭代器
rbegin返回最后一个元素的迭代器
rend返回第一个元素的前面位置的迭代器
erase删除一个或多个元素
clear删除所有元素

5.2 顺序容器常用的成员函数：

front返回第一个元素的引用
back返回最后一个元素的引用
push_back在容器末尾增加新元素
pop_back删除容器末尾的元素
erase删除迭代器指向的元素（可能会使该迭代器失效）。也可以删除一个区间，返回被删除元素后面邻接元素的迭代器。

三、STL---迭代器

1. 普通迭代器

1.1 迭代器简介：

  • 是一种访问顺序和关联容器元素的“中介”。
  • 存在const和非const两种。对于const迭代器，只能访问元素；对于非const迭代器，可以访问和修改元素。

1.2 定义迭代器：

  • 方式一："容器类名::iterator  变量名;"
  • 方式二："容器类名::const_iterator  变量名;"

1.3 访问迭代器指向的元素："*迭代器变量名"。注意：迭代器可以使用++操作来指向后一个元素，但是当其指向的地址已经超出容器范围，就会报错。

1.4 代码示例：常量迭代器、非常量迭代器、反向迭代器

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include <iostream>
#include <vector>
using namespace std;

int main()
{
	//创建vector容器
	vector<int> v;
	v.push_back(1);
	v.push_back(2);
	v.push_back(3);
	v.push_back(4);
	//常量迭代器
	vector<int>::const_iterator i;
	for (i = v.begin(); i != v.end(); i++) {
		cout << *i << " ";
	}
	cout << endl;
	//非常量迭代器
	vector<int>::iterator j;
	for (j = v.begin(); j != v.end(); j++) {
		(*j)++;
		cout << *j << " ";
	}
	cout << endl;
	//反向迭代器
	vector<int>::reverse_iterator r;
	for (r = v.rbegin(); r != v.rend(); r++) {
		cout << *r << " ";
	}
	cout << endl;
	return 0;
}

2. 双向、随机访问迭代器

  • 双向迭代器不仅能往后访问容器元素，还能使用--往前访问元素。
  • 注意：双向迭代器在遍历时，不能使用<来比较临界条件，而只能用!=。
  • 随机访问迭代器支持以下操作：
p+=ip向后移动i个元素
p-=ip向前移动i个元素
p+i其值为p后第i个元素的迭代器
p-i其值为p前第i个元素的迭代器
p[i]其值为p后第i个元素的引用
p<p1等比较比较p和p1的前后位置

3. 不同容器的迭代器

vector随机访问迭代器
deque随机访问迭代器
list双向迭代器
set/multiset双向迭代器
map/multimap双向迭代器
stack不支持
queue不支持
priority_queue不支持

注意：有些算法需要用到随机访问迭代器，那么这些算法就不适用于双向迭代器和不支持迭代器的容器。

四、STL---常用算法

1. find顺序查找

(1) 函数模板：

template <class Inlt, class T>
Inlt find(Inlt first, Inlt last, const T& val);

(2) 参数说明：

  • first和last分别是容器迭代器的查找区间起点和终点，查找范围为[first, last)。
  • val为查找的元素，内部使用==判断是否相等。
  • 返回值：若找到元素，则返回指向该元素的迭代器；否则返回指向last的迭代器。

(3) 代码示例：

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

int main()
{
	//创建vector容器对象
	vector<int> v;
	v.push_back(24);	v.push_back(4);
	v.push_back(5);		v.push_back(16);
	//find顺序查找元素
	vector<int>::iterator p;
	p = find(v.begin(), v.end(), 1);//查找范围：[24,4,5,16]
	if (p != v.end())
		cout << "找到了：" << *p << endl;
	else
		cout << "未找到！" << endl;
	return 0;
}

2. binary_search二分查找

前提需要将容器排序。具体细节见C++中的binary_search函数详解_c++ binary search-CSDN博客。

3. sort快速排序

默认是从小到大排序的，若手动传入比较函数则可以自定义比较方式。不支持随机存取特性的容器无法使用。但是往往这些容器内会有成员函数sort可以调用，例如list。具体细节见sort（）函数——C++标准库函数_sort函数头文件-CSDN博客。

五、其他知识点

【1】vector容器创建二维动态数组：

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include <iostream>
#include <vector>
using namespace std;

int main()
{
	//创建二维数组
	vector< vector<int> > v(3);
	for (int i = 0; i < v.size(); i++) {
		for (int j = 0; j < i + 1; j++) {
			v[i].push_back(j);
		}
	}
	//遍历二维数组元素
	for (int i = 0; i < v.size(); i++) {
		for (int j = 0; j < v[i].size(); j++) {
			cout << v[i][j] << " ";
		}
		cout << endl;
	}
	return 0;
}

【2】list成员函数：

list除了具有顺序容器都有的成员函数外，还具有如下的成员函数：

push_front在前面插入
pop_front在前面弹出
sort排序。由于list不支持随机访问，无法采用STL算法的sort
remove删除和指定值相同的所有元素
unique删除所有与前一个元素相同的元素
merge合并两个链表，并清空被合并的那个。注意：merge调用前需要将这两个链表排序，否则运行错误。
reverse翻转链表
splice在指定位置插入另一链表中的一个或多个元素，并删除另一链表中被插入的元素。

【3】list代码示例：

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include <iostream>
#include <list>
#include <algorithm>
using namespace std;

//定义A类
class A {
private:
	int n;
public:
	A(int n) : n(n) {}

	friend ostream& operator<<(ostream& cout, const A& p) {
		cout << p.n;
		return cout;
	}

	friend bool operator<(const A& p1, const A& p2) {
		return p1.n < p2.n;
	}

	friend bool operator==(const A& p1, const A& p2) {
		return p1.n == p2.n;
	}
};

//打印list的函数模板
template <class T>
void printList(const list<T> & lst) {
	typename list<T>::const_iterator p;
	for (p = lst.begin(); p != lst.end(); p++) {
		cout << *p << " ";
	}
	cout << endl;
}

int main()
{
	//创建list1: 2 3 4 1 1
	list<A> list1;
	list1.push_back(2);		list1.push_back(3);
	list1.push_back(4);		list1.push_back(1);
	list1.push_back(1);
	cout << "list1: ";
	printList(list1);
	//创建list2: 40 10 15 30 65 85
	list <A> list2;
	list2.push_back(15);	list2.push_front(10);
	list2.push_front(40);	list2.push_back(30);
	list2.push_back(65);	list2.push_back(85);
	cout << "list2: ";
	printList(list2);
	//给两个list排序
	list1.sort();
	list2.sort();
	cout << "排序后的list1: ";
	printList(list1);
	cout << "排序后的list2: ";
	printList(list2);
	//将list2融入list1，并清空list2
	list1.merge(list2);
	cout << "融合后的list1: ";
	printList(list1);
	return 0;
}

【4】函数对象：若一个类重载了运算符()，那么这个类创建的对象就是函数对象。

class A {
public:
	//重载运算符()
	int operator()(int a, int b, int c) {
		return a + b + c;
	}
};

A a;//函数对象
cout << a(1, 2, 3) << endl;//等价于a.operator()(1,2,3)

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