[C++知识库]【自用】C++ STL

原学习链接：https://blog.csdn.net/acceptedday/article/details/118529280

C++ STL

C++的面向对象和泛型编程思想，目的就是复用性的提升

大多情况下，数据结构和算法都未能有一套标准,导致被迫从事大量重复工作。为了建立数据结构和算法的一套标准,诞生了STL

基本概念

• STL(Standard Template Library,标准模板库)
• STL 从广义上分为: 容器(container) 算法(algorithm) 迭代器(iterator)
• 容器和算法之间通过迭代器进行无缝连接。
• STL 几乎所有的代码都采用了模板类或者模板函数

六大组件

1. 容器：各种数据结构，如vector、list、deque、set、map等,用来存放数据。
2. 算法：各种常用的算法，如sort、find、copy、for_each等
3. 迭代器：扮演了容器与算法之间的胶合剂。
4. 仿函数：行为类似函数，可作为算法的某种策略。
5. 适配器：一种用来修饰容器或者仿函数或迭代器接口的东西。
6. 空间配置器：负责空间的配置与管理。

示例：vector

容器： vector
算法： for_each
迭代器： vector<int>::iterator

1. string

本质：

• string是C++风格的字符串，而string本质上是一个类

string和char * 区别：

• char * 是一个指针
• string是一个类，类内部封装了char*，管理这个字符串，是一个char*型的容器。

string构造函数

string(); //创建一个空的字符串 例如: string str;
string(const char* s); //使用字符串s初始化
string(const string& str); //使用一个string对象初始化另一个string对象
string(int n, char c); //使用n个字符c初始化

string赋值操作

string& operator=(const char* s); //char*类型字符串 赋值给当前的字符串
string& operator=(const string &s); //把字符串s赋给当前的字符串
string& operator=(char c); //字符赋值给当前的字符串
string& assign(const char *s); //把字符串s赋给当前的字符串
string& assign(const char *s, int n); //把字符串s的前n个字符赋给当前的字符串
string& assign(const string &s); //把字符串s赋给当前字符串
string& assign(int n, char c); //用n个字符c赋给当前字符串

string的赋值方式很多， operator= 这种方式是比较实用的

string字符串拼接

string& operator+=(const char* str); //重载+=操作符
string& operator+=(const char c); //重载+=操作符
string& operator+=(const string& str); //重载+=操作符
string& append(const char *s); //把字符串s连接到当前字符串结尾
string& append(const char *s, int n); //把字符串s的前n个字符连接到当前字符串结尾
string& append(const string &s); //同operator+=(const string& str)
string& append(const string &s, int pos, int n); //字符串s中从pos开始的n个字符连接到字符串结尾

string查找和替换

int find(const string& str, int pos = 0) const; //查找str第一次出现位置,从pos开始查找
int find(const char* s, int pos = 0) const; //查找s第一次出现位置,从pos开始查找
int find(const char* s, int pos, int n) const; //从pos位置查找s的前n个字符第一次位置
int find(const char c, int pos = 0) const; //查找字符c第一次出现位置
int rfind(const string& str, int pos = npos) const; //查找str最后一次位置,从pos开始查找
int rfind(const char* s, int pos = npos) const; //查找s最后一次出现位置,从pos开始查找
int rfind(const char* s, int pos, int n) const; //从pos查找s的前n个字符最后一次位置
int rfind(const char c, int pos = 0) const; //查找字符c最后一次出现位置
string& replace(int pos, int n, const string& str); //替换从pos开始n个字符为字符串str
string& replace(int pos, int n,const char* s); //替换从pos开始的n个字符为字符串s

注意：

• find查找是从左往后，rfind从右往左
• find找到字符串后返回查找的第一个字符位置，找不到返回-1
• replace在替换时，要指定从哪个位置起，多少个字符，替换成什么样的字符串

string字符串比较

字符串比较是按字符的ASCII码进行对比

返回 0 =
返回 1 >
返回 -1 <

int compare(const string &s) const; //与字符串s比较
int compare(const char *s) const; //与字符串s比较

string字符存取

char& operator[](int n); //通过[]方式取字符
char& at(int n); //通过at方法获取字符

string插入和删除

string& insert(int pos, const char* s); //插入字符串
string& insert(int pos, const string& str); //插入字符串
string& insert(int pos, int n, char c); //在指定位置插入n个字符c
string& erase(int pos, int n = npos); //删除从Pos开始的n个字符

string子串

string substr(int pos = 0, int n = npos) const; //返回由pos开始的n个字符组成的字符串

2. vector容器

vector数据结构和数组非常相似，也称为单端数组

vector与普通数组区别：数组是静态空间，而vector可以动态扩展（并不是在原空间之后续接新空间，而是找更大的内存空间，然后将原数据拷贝新空间，释放原空间）

vector构造函数

vector<T> v; //采用模板实现类实现，默认构造函数
vector(v.begin(), v.end()); //将v[begin(), end())区间中的元素拷贝给本身。
vector(n, elem); //构造函数将n个elem拷贝给本身。
vector(const vector &vec); //拷贝构造函数。

vector赋值操作

vector& operator=(const vector &vec); //重载等号操作符
assign(beg, end); //将[beg, end)区间中的数据拷贝赋值给本身。
assign(n, elem); //将n个elem拷贝赋值给本身。

vector容量和大小

empty(); //判断容器是否为空
capacity(); //容器的容量
size(); //返回容器中元素的个数
resize(int num); //重新指定容器的长度为num，若容器变长，则以默认值填充新位置。
//如果容器变短，则末尾超出容器长度的元素被删除。
resize(int num, elem); //重新指定容器的长度为num，若容器变长，则以elem值填充新位置。
//如果容器变短，则末尾超出容器长度的元素被删除

vector插入和删除

push_back(ele); //尾部插入元素ele
pop_back(); //删除最后一个元素
insert(const_iterator pos, ele); //迭代器指向位置pos插入元素ele
insert(const_iterator pos, int count,ele); //迭代器指向位置pos插入count个元素ele
erase(const_iterator pos); //删除迭代器指向的元素
erase(const_iterator start, const_iterator end); //删除迭代器从start到end之间的元素
clear(); //删除容器中所有元素

vector数据存取

at(int idx); //返回索引idx所指的数据
operator[]; //返回索引idx所指的数据
front(); //返回容器中第一个数据元素
back(); //返回容器中最后一个数据元素

vector互换容器

swap(vec); // 将vec与本身的元素互换

vector预留空间

减少vector在动态扩展容量时的扩展次数

reserve(int len); //容器预留len个元素长度，预留位置不初始化，元素不可访问。

3. deque容器

双端数组，可以对头端进行插入删除操作

deque与vector区别

• vector对于头部的插入删除效率低，数据量越大，效率越低
• deque相对而言，对头部的插入删除速度回比vector快
• vector访问元素时的速度会比deque快,这和两者内部实现有关

deque构造函数

deque<T> deqT; //默认构造形式
deque(beg, end); //构造函数将[beg, end)区间中的元素拷贝给本身。
deque(n, elem); //构造函数将n个elem拷贝给本身。
deque(const deque &deq); //拷贝构造函数

deque赋值操作

deque& operator=(const deque &deq); //重载等号操作符
assign(beg, end); //将[beg, end)区间中的数据拷贝赋值给本身。
assign(n, elem); //将n个elem拷贝赋值给本身。

deque大小操作

deque.empty(); //判断容器是否为空
deque.size(); //返回容器中元素的个数
deque.resize(num); //重新指定容器的长度为num,若容器变长，则以默认值填充新位置。
//如果容器变短，则末尾超出容器长度的元素被删除。
deque.resize(num, elem); //重新指定容器的长度为num,若容器变长，则以elem值填充新位置。
//如果容器变短，则末尾超出容器长度的元素被删除。

deque 插入和删除

两端插入操作：
push_back(elem); //在容器尾部添加一个数据
push_front(elem); //在容器头部插入一个数据
pop_back(); //删除容器最后一个数据
pop_front(); //删除容器第一个数据

指定位置操作：
insert(pos,elem); //在pos位置插入一个elem元素的拷贝，返回新数据的位置。
insert(pos,n,elem); //在pos位置插入n个elem数据，无返回值。
insert(pos,beg,end); //在pos位置插入[beg,end)区间的数据，无返回值。
clear(); //清空容器的所有数据
erase(beg,end); //删除[beg,end)区间的数据，返回下一个数据的位置。
erase(pos); //删除pos位置的数据，返回下一个数据的位置。

deque 数据存取

at(int idx); //返回索引idx所指的数据
operator[]; //返回索引idx所指的数据
front(); //返回容器中第一个数据元素
back(); //返回容器中最后一个数据元素

deque 排序

sort(iterator beg, iterator end) //对beg和end区间内元素进行排序

4. stack容器

stack是一种先进后出(First In Last Out,FILO)的数据结构，只有一个出口

构造函数

stack<T> stk; //stack采用模板类实现， stack对象的默认构造形式
stack(const stack &stk); //拷贝构造函数

赋值操作

stack& operator=(const stack &stk); //重载等号操作符

数据存取

push(elem); //向栈顶添加元素
pop(); //从栈顶移除第一个元素
top(); //返回栈顶元素

大小操作

empty(); //判断堆栈是否为空
size(); //返回栈的大小

5. queue容器

Queue是一种先进先出(First In First Out,FIFO)的数据结构，有两个出口

构造函数

queue<T> que; //queue采用模板类实现，queue对象的默认构造形式
queue(const queue &que); //拷贝构造函数

赋值操作

queue& operator=(const queue &que); //重载等号操作符

数据存取

push(elem); //往队尾添加元素
pop(); //从队头移除第一个元素
back(); //返回最后一个元素
front(); //返回第一个元素

大小操作

empty(); //判断堆栈是否为空
size(); //返回栈的大小

6. list容器

功能：将数据进行链式存储

链表（list）是一种物理存储单元上非连续的存储结构，数据元素的逻辑顺序是通过链表中的指针链接实现的

list的优点：

• 采用动态存储分配，不会造成内存浪费和溢出
• 链表执行插入和删除操作十分方便，修改指针即可，不需要移动大量元素

list的缺点：

• 链表灵活，但是空间(指针域) 和 时间（遍历）额外耗费较大

List有一个重要的性质，插入操作和删除操作都不会造成原有list迭代器的失效，这在vector是不成立的。

list构造函数

list<T> lst; //list采用采用模板类实现,对象的默认构造形式：
list(beg,end); //构造函数将[beg, end)区间中的元素拷贝给本身。
list(n,elem); //构造函数将n个elem拷贝给本身。
list(const list &lst); //拷贝构造函数。

list 赋值和交换

assign(beg, end); //将[beg, end)区间中的数据拷贝赋值给本身。
assign(n, elem); //将n个elem拷贝赋值给本身。
list& operator=(const list &lst); //重载等号操作符
swap(lst); //将lst与本身的元素互换。

list 大小操作

size(); //返回容器中元素的个数
empty(); //判断容器是否为空
resize(num); //重新指定容器的长度为num，若容器变长，则以默认值填充新位置。
//如果容器变短，则末尾超出容器长度的元素被删除。
resize(num, elem); //重新指定容器的长度为num，若容器变长，则以elem值填充新位置。
//如果容器变短，则末尾超出容器长度的元素被删除。

list 插入和删除

push_back(elem);//在容器尾部加入一个元素
pop_back();//删除容器中最后一个元素
push_front(elem);//在容器开头插入一个元素
pop_front();//从容器开头移除第一个元素

insert(pos,elem);//在pos位置插elem元素的拷贝，返回新数据的位置。
insert(pos,n,elem);//在pos位置插入n个elem数据，无返回值。
insert(pos,beg,end);//在pos位置插入[beg,end)区间的数据，无返回值。
clear();//移除容器的所有数据
erase(beg,end);//删除[beg,end)区间的数据，返回下一个数据的位置。
erase(pos);//删除pos位置的数据，返回下一个数据的位置。
remove(elem);//删除容器中所有与elem值匹配的元素。

list 数据存取

front(); //返回第一个元素。
back(); //返回最后一个元素。

list 反转和排序

reverse(); //反转链表
sort(); //链表排序

7. set/ multiset 容器

所有元素都会在插入时自动被排序

set/multiset属于关联式容器，底层结构是用二叉树实现。

set和multiset区别

• set不允许容器中有重复的元素
• multiset允许容器中有重复的元素

set构造和赋值

set<T> st; //默认构造函数：
set(const set &st); //拷贝构造函数

set& operator=(const set &st); //重载等号操作符

set大小和交换

size(); //返回容器中元素的数目
empty(); //判断容器是否为空
swap(st); //交换两个集合容器

set插入和删除

insert(elem); //在容器中插入元素。
clear(); //清除所有元素
erase(pos); //删除pos迭代器所指的元素，返回下一个元素的迭代器。
erase(beg, end); //删除区间[beg,end)的所有元素 ，返回下一个元素的迭代器。
erase(elem); //删除容器中值为elem的元素。

set查找和统计

find(key); //查找key是否存在,若存在，返回该键的元素的迭代器；若不存在，返回set.end();
count(key); //统计key的元素个数

pair对组创建

成对出现的数据，利用对组可以返回两个数据。

pair<type, type> p(value1, value2);
pair<type, type> p = make_pair( value1, value2 );

set容器排序

8. map/ multimap容器

map中所有元素都是pair
pair中第一个元素为key（键值），起到索引作用，第二个元素为value（实值）
所有元素都会根据元素的键值自动排序

map/multimap属于关联式容器，底层结构是用二叉树实现。

map和multimap区别

• map不允许容器中有重复key值元素
• multimap允许容器中有重复key值元素

map构造和赋值

map<T1, T2> mp; //map默认构造函数:
map(const map &mp); //拷贝构造函数

map& operator=(const map &mp); //重载等号操作符

map大小和交换

size(); //返回容器中元素的数目
empty(); //判断容器是否为空
swap(st); //交换两个集合容器

map插入和删除

insert(elem); //在容器中插入元素。
clear(); //清除所有元素
erase(pos); //删除pos迭代器所指的元素，返回下一个元素的迭代器。
erase(beg, end); //删除区间[beg,end)的所有元素 ，返回下一个元素的迭代器。
erase(key); //删除容器中值为key的元素。

map查找和统计

find(key); //查找key是否存在,若存在，返回该键的元素的迭代器；若不存在，返回set.end();
count(key); //统计key的元素个数

map容器排序

STL-常用算法

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，范围涉及到比较、 交换、查找、遍历操作、复制、修改等等
<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
<functional> 定义了一些模板类,用以声明函数对象。

1. 遍历算法

for_each

实现遍历容器

for_each(iterator beg, iterator end, _func);
// beg 开始迭代器
// end 结束迭代器
//_func 函数或者函数对象

for_each在实际开发中是最常用遍历算法，需要熟练掌握

transform

搬运容器到另一个容器中

transform(iterator beg1, iterator end1, iterator beg2, _func);
//_func 函数或者函数对象

搬运的目标容器必须要提前开辟空间，否则无法正常搬运

2. 查找算法

find

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()

find(iterator beg, iterator end, value);
// value 查找的元素

find_if

按条件查找元素

find_if(iterator beg, iterator end, _Pred);
// _Pred 函数或者谓词（返回bool类型的仿函数）

find_if按条件查找使查找更加灵活，提供的仿函数可以改变不同的策略

adjacent_find

查找相邻重复元素

adjacent_find(iterator beg, iterator end);

binary_search

查找指定元素是否存在

bool binary_search(iterator beg, iterator end, value);

count

统计元素个数

count(iterator beg, iterator end, value);

统计自定义数据类型时候，需要配合重载 operator==

count_if

按条件统计元素个数

count_if(iterator beg, iterator end, _Pred);
// _Pred 谓词

按值统计用count，按条件统计用count_if

3. 排序算法

sort

对容器内元素进行排序

sort(iterator beg, iterator end, _Pred);
// _Pred 谓词

sort属于开发中最常用的算法之一，需熟练掌握

random_shuffle

洗牌 指定范围内的元素随机调整次序

random_shuffle(iterator beg, iterator end);

配合随机种子：srand((unsigned int)time(NULL)); 使用

merge

两个容器元素合并，并存储到另一容器中

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: 两个容器必须是有序的

reverse

将容器内元素进行反转

reverse(iterator beg, iterator end);

4. 拷贝和替换算法

copy

容器内指定范围的元素拷贝到另一容器中

copy(iterator beg, iterator end, iterator dest);
// dest 目标起始迭代器

replace

将容器内指定范围的旧元素修改为新元素

replace(iterator beg, iterator end, oldvalue, newvalue);
// oldvalue 旧元素
// newvalue 新元素

replace_if

将区间内满足条件的元素，替换成指定元素

replace_if(iterator beg, iterator end, _pred, newvalue);
// _pred 谓词
// newvalue 替换的新元素

replace_if按条件查找，可以利用仿函数灵活筛选满足的条件

swap

互换两个容器的元素

swap(container c1, container c2);
// 互换两个容器的元素
// c1容器1
// c2容器2

5. 算术生成算法

计算区间内 容器元素累计总和

accumulate

accumulate(iterator beg, iterator end, value);
// value 起始值

accumulate使用时头文件注意是 numeric

fill

向容器中填充指定的元素

fill(iterator beg, iterator end, value);
// value 填充的值

6. 集合算法

set_intersection

求两个容器的交集

set_intersection(iterator beg1, iterator end1, iterator beg2, iterator end2, iterator dest);
// dest 目标容器开始迭代器

注意：

• 求交集的两个集合必须的有序序列
• 目标容器开辟空间需要从两个容器中取小值
• set_intersection返回值是交集中最后一个元素的位置

set_union

求两个集合的并集

set_union(iterator beg1, iterator end1, iterator beg2, iterator end2, iterator dest);
// dest 目标容器开始迭代器

注意：

• 求并集的两个集合必须的有序序列
• 目标容器开辟空间需要两个容器相加
• set_union返回值是并集中最后一个元素的位置

set_difference

求两个集合的差集

set_difference(iterator beg1, iterator end1, iterator beg2, iterator end2, iterator dest);
// dest 目标容器开始迭代器

注意：

• 求差集的两个集合必须的有序序列
• 目标容器开辟空间需要从两个容器取较大值
• set_difference返回值是差集中最后一个元素的位置