C++11标准模板（STL）- 算法（std::minmax_element）

news2024/11/17 16:35:22

定义于头文件 <algorithm>

算法库提供大量用途的函数（例如查找、排序、计数、操作），它们在元素范围上操作。注意范围定义为 [first, last) ，其中 last 指代要查询或修改的最后元素的后一个元素。

返回范围内的最小元素和最大元素

std::minmax_element

template< class ForwardIt > std::pair<ForwardIt,ForwardIt> minmax_element( ForwardIt first, ForwardIt last );	(1)	(C++11 起) (C++17 前)
template< class ForwardIt > constexpr std::pair<ForwardIt,ForwardIt> minmax_element( ForwardIt first, ForwardIt last );	(1)	(C++17 起)
template< class ExecutionPolicy, class ForwardIt > std::pair<ForwardIt,ForwardIt> minmax_element( ExecutionPolicy&& policy, ForwardIt first, ForwardIt last );	(2)	(C++17 起)
template< class ForwardIt, class Compare > std::pair<ForwardIt,ForwardIt> minmax_element( ForwardIt first, ForwardIt last, Compare comp );	(3)	(C++11 起) (C++17 前)
template< class ForwardIt, class Compare > constexpr std::pair<ForwardIt,ForwardIt> minmax_element( ForwardIt first, ForwardIt last, Compare comp );		(C++17 起)
template< class ExecutionPolicy, class ForwardIt, class Compare > std::pair<ForwardIt,ForwardIt> minmax_element( ExecutionPolicy&& policy, ForwardIt first, ForwardIt last, Compare comp );		(4)	(C++17 起)

寻找范围 [first, last) 中最小和最大的元素。

1) 用 operator< 比较元素。

3) 用给定的二元比较函数 comp 比较元素。

2,4) 同 (1,3) ，但按照 policy 执行。这些重载仅若 std::is_execution_policy_v<std::decay_t<ExecutionPolicy>> 为 true 才参与重载决议。

参数

first, last	-	定义要检验的元素范围的迭代器
policy	-	所用的执行策略。细节见执行策略。
cmp	-	比较函数对象（即满足比较 (Compare) 要求的对象），若若 `a` 小于 `b` ，则返回 true 。比较函数的签名应等价于如下： bool cmp(const Type1 &a, const Type2 &b); 虽然签名不必有 const & ，函数也不能修改传递给它的对象，而且必须接受（可为 const 的）类型 `Type1` 与 `Type2` 的值，无关乎值类别（从而不允许 Type1 & ，亦不允许 Type1 ，除非 `Type1` 的移动等价于复制 (C++11 起)）。类型 Type1 与 Type2 必须使得 ForwardIt 类型的对象能在解引用后隐式转换到这两个类型。
类型要求
- `ForwardIt` 必须满足遗留向前迭代器 (LegacyForwardIterator) 的要求。

返回值

以指向最小元素的迭代器为第一元素，以指向最大元素的迭代器为第二元素的 pair 。若范围为空则返回 std::make_pair(first, first) 。若多个元素等价于最小元素，则返回指向首个这种元素的迭代器。若多个元素等价于最大元素，则返回指向最后一个这种元素的迭代器。

复杂度

至多应用谓词 max(floor(3/2(N−1)), 0) 次，其中 N = std::distance(first, last) 。

异常

拥有名为 ExecutionPolicy 的模板形参的重载按下列方式报告错误：

若作为算法一部分调用的函数的执行抛出异常，且 ExecutionPolicy 为标准策略之一，则调用 std::terminate 。对于任何其他 ExecutionPolicy ，行为是实现定义的。
若算法无法分配内存，则抛出 std::bad_alloc 。

注意

此算法不仅在效率上异于 std::make_pair(std::min_element(), std::max_element()) ，而且此算法寻找最后的最大元素，而 std::max_element 寻找首个最大元素。

可能的实现

版本一

template<class ForwardIt>
std::pair<ForwardIt, ForwardIt> 
    minmax_element(ForwardIt first, ForwardIt last)
{
    using value_type = typename std::iterator_traits<ForwardIt>::value_type;
    return std::minmax_element(first, last, std::less<value_type>());
}

版本二

template<class ForwardIt, class Compare>
std::pair<ForwardIt, ForwardIt> 
    minmax_element(ForwardIt first, ForwardIt last, Compare comp)
{
    auto min = first, max = first;
 
    if (first == last || ++first == last)
        return {min, max};
 
    if (comp(*first, *min)) {
        min = first;
    } else {
        max = first;
    }
 
    while (++first != last) {
        auto i = first;
        if (++first == last) {
            if (comp(*i, *min)) min = i;
            else if (!(comp(*i, *max))) max = i;
            break;
        } else {
            if (comp(*first, *i)) {
                if (comp(*first, *min)) min = first;
                if (!(comp(*i, *max))) max = i;
            } else {
                if (comp(*i, *min)) min = i;
                if (!(comp(*first, *max))) max = first;
            }
        }
    }
    return {min, max};
}

调用示例

#include <iostream>
#include <algorithm>
#include <functional>
#include <vector>
#include <iterator>
#include <time.h>

using namespace std;

struct Cell
{
    int x;
    int y;

    Cell &operator +=(const Cell &cell)
    {
        x += cell.x;
        y += cell.y;
        return *this;
    }

    bool operator <(const Cell &cell) const
    {
        if (x == cell.x)
        {
            return y < cell.y;
        }
        else
        {
            return x < cell.x;
        }
    }
};

std::ostream &operator<<(std::ostream &os, const Cell &cell)
{
    os << "{" << cell.x << "," << cell.y << "}";
    return os;
}

int main()
{
    srand((unsigned)time(NULL));;

    std::cout << std::boolalpha;

    auto func1 = []()
    {
        int n = std::rand() % 10 + 100;
        Cell cell{n, n};
        return cell;
    };

    // 初始化cells1
    vector<Cell> cells1(6);
    std::generate(cells1.begin(), cells1.end(), func1);

    // 打印cells1
    std::cout << "cells2:   ";
    std::copy(cells1.begin(), cells1.end(), std::ostream_iterator<Cell>(std::cout, " "));
    std::cout << std::endl;
    std::cout << std::endl;

    using cItCell = std::pair < vector<Cell>::const_iterator, vector<Cell>::const_iterator>;

    //寻找范围 [first, last) 中最小和最大的元素。
    //1) 用 operator< 比较元素。
    cItCell result1 = std::minmax_element(cells1.begin(), cells1.end());
    std::cout << "min:      " << *result1.first  << std::endl;
    std::cout << "max:      " << *result1.second << std::endl;

    std::cout << std::endl;
    std::cout << std::endl;


    auto larger = [](const Cell & a, const Cell & b)
    {
        if (a.x == b.x)
        {
            return a.y < b.y;
        }
        else
        {
            return a.x < b.x;
        }
    };

    // 初始化cells2
    vector<Cell> cells2(6);
    std::generate(cells2.begin(), cells2.end(), func1);

    // cells2
    std::cout << "cells2:    ";
    std::copy(cells2.begin(), cells2.end(), std::ostream_iterator<Cell>(std::cout, " "));
    std::cout << std::endl;
    std::cout << std::endl;

    //寻找范围 [first, last) 中最小和最大的元素。
    //3) 用给定的二元比较函数 comp 比较元素。
    cItCell result2 = std::minmax_element(cells2.begin(), cells2.end(), larger);
    std::cout << "min:      " << *result2.first  << std::endl;
    std::cout << "max:      " << *result2.second << std::endl;

    return 0;
}