[C++知识库]C++（指针、引用、STL）

对象的定义：对象是指一块能存储数据并具有某种类型的内存空间

一个对象a，它有值和地址；运行程序时，计算机会为该对象分配存储空间，来存储该对象的值，通过该对象的地址，来访问存储空间中的值。

指针、引用

指针

类型名 * 指针变量名；

每个变量都被存放在从某个内存地址（以字节为单位）开始的若干个字节中；"指针"，也称作"指针变量"，大小为4个字节（或8个字节）的变量，其内容代表一个内存地址；通过指针，能够对该指针指向的内存区域进行读写。

int * p;    //p是一个指针，变量p的类型是int *

T * p;    //T可以是任何类型的名字，比如int， double
p     的类型:    T*
*p    的类型:    T
通过表达式 *p，可以读写从地址p开始的sizeof(T)个字节
*p    等价于存放在地址p处的一个T类型的变量
*     间接引用运算符
sizeof(T*)    4字节（64位计算机上可能8字节）

char ch1 = 'A'
char *pc = &ch1;    //使得pc指向变量ch1
&: 取地址运算符
&x: 变量x的地址（即指向x的指针），对于类型为T的变量x，&x表示变量x的地址（即指向x的指针）
&x的类型是T*

指针的作用?

使用指针，就有自由访问内存空间的手段

不需要通过变量，就能对内存直接进行操作。通过指针，程序能访问的内存区域就不仅限于变量所占据的数据区域。

指针的相互赋值

不同类型的指针，如果不经过强制类型转换，不能直接互相赋值。

指针的运算

• 两个同类型的指针变量，可以比较大小（比较的是地址空间的大小）
• 两个同类型的指针变量，可以相减（相减值为地址空间差值除以sizeof(T)）
• 指针变量加减一个整数的结果是指针

p: T*类型的指针
n: 整数类型的变量或常量
p + n: T*类型的指针，指向地址（地址 p + n * sizeof(T)）
n + p, p - n, *(p + n), *(p - n) 分别为地址和地址指向的值
eq：
int a = 10;
int b = 15;
int * p = &a;    //0x61fe04
int * q = &b;    //0x61fe00
int * ans = p + 2;    //0x61fe0c
int k = *(p - 1);    //15

• 指针变量可以自增、自减?(p++, ++p, p--, --p)即p指向的地址n +?sizeof(T)或者n - sizeof(T)
• 指针可以用下标运算符"[]"进行运算

p是一个T*类型的指针
n是整数类型的变量或常量
p[n]等价于*(p + n)

空指针?

地址0不能访问。指向地址0的指针就是空指针

可以用"NULL"关键字对任何类型的指针进行赋值。NULL实际上就是整数0，值为NULL的指针就是空指针

int *pn = NULL;
char *pc = NULL;
int *p2 = 0;

指针作为函数参数（形参是实参的一个拷贝）

指针和数组

数组的名字是一个指针常量（指向数组的起始地址）

T a[N];
a的类型是T*
可以用a给一个T*类型的指针赋值
a是编译时其值就确定了的常量，不能够对a进行赋值

作为函数形参时，T *p和 T p[]等价

void Func(int *p){ cout << sizeof(p); }
void Func(int p[]){ cout << sizeof(p); }

引用

类型名 & 引用名 = 某变量名；（定义了一个引用，将其初始化为引用某个变量）

int n = 4;
int & r = n; //r引用了n， r的类型是int &

某个变量的引用，等价于这个变量，相当于该变量的一个别名

• 定义引用时一定要将其初始化成引用某个变量
• 初始化后，它就一直引用该变量，不会再引用别的变量
• 引用只能引用变量，不能引用常量和表达式

引用作为函数的返回值

int n = 4;
int & SetValue() 
{
    return n;
}
int main()
{
    SetValue() = 40;
    cout << n;    //输出是40
    return 0;
}

常引用

定义引用时，前面加const关键字，即为"常引用"

int n;
const int & r = n;    //r的类型是const int &

不能通过常引用去修改其引用的内容:
int n = 100;
const int & r = n;
r = 200;    //编译错误
n = 300;    //ok

常引用和非常引用的转换

const T &和 T &是不同的类型，T &类型的引用或T类型的变量可以用来初始化const T &类型的引用；const T类型的常变量和const T &类型的引用则不能用来初始化T &类型的引用。

参考：

C++中STL用法总结

C++ STL容器全解析

STL

STL中六大组件

容器（Container），一种数据结构（包含一组元素或元素集合的对象），基本容器：向量（vector）, 双端队列（deque）, 列表（list）, 集合（set）, 多重集合（multiset）, 映射（map）, 多重映射（multimap）。

序列式容器（Sequence containers），其中每个元素均有固定位置--取决于插入时机和地点，和元素值无关（vector, deque, list）

关联式容器（Associative containers），元素位置取决于特定的排序准则以及元素值，和插入次序无关（set, multiset, map, multimap）

迭代器（Iterator）

迭代器Iterator，用来在一个对象集群（collection of objects）的元素上进行遍历。这个对象集群或许是一个容器，或许是容器的一部分。迭代器的主要好处是，为所有容器提供了一组很小的公共接口。迭代器以++进行累进，以*进行提领，因而类似于指针，可以将其视为一种smart pointer。

例如++操作可以遍历至集群内的下一个元素。至于如何完成，取决于容器内部的数据组织形式。

每种容器都提供自己的迭代器，而这些迭代器能够了解容器内部的数据结构

算法（Algorithm）

用来处理群集内的元素。它们可以出于不同的目的而搜寻、排序、修改、使用那些元素。通过迭代器的协助，我们可以只需编写一次算法，就可以将它应用于任意容器，这是因为所有的容器迭代器都提供一致的接口。

仿函数（Functor）

适配器（Adaptor）

提供三种顺序容器适配器：queue(FIFO队列)，priority_queue(优先级队列)，stack(栈)。

适配器对容器进行包装，使其表现出另外一种行为。倘若要使用适配器，需要加入头文件

分配器（Allocator）

常用容器用法介绍

vector

一个数组必须有固定的长度，在开数组的时候，此长度就被静态地确定下来。但vector却是数组的"加强版"，vector理解为一个"变长数组"

事实上，vector的实现方式是基于倍增思想的：假如vector的实际长度为n，m为vector当前的最大长度，那么在加入一个元素的时候，先看一下，假如当前的n=m，则再动态申请一个2m大小的内存。反之，在删除的时候，如果n≥m/2，则再释放一半的内存。

#include<vector>
vector<int>vec;
vector<pair<int, int> >vec_pair;
struct node{ ... };
vector<node>vec_node;

vec.begin(), vec.end()? ? ? ? 返回vector的首尾迭代器

vec.front(), vec.back()? ? ? ? 返回vector的首尾元素

vec.push_back()? ? ? ? ? ? ? ? 从vector末尾加入一个元素

vec.size()? ? ? ? 返回vector当前的长度（大小）

vec.pop_back()? ? ? ? 从vector末尾删除一个元素

vec.empty()? ? ? ? 返回vector是否为空，1为空，0不为空

vec.clear()? ? ? ? 清空vector? ? ? ? ? ? ?

vector容器是支持随机访问的，可以像数组一样用[]取值。? ?

vector<int>vec;
vec.push_back(5);
vec.push_back(2);
cout << vec.back() << endl;
for(vector<int>::iterator iter = vec.begin(); iter != vec.end(); iter++)
{
    cout << *iter << endl;
}

vector修改值?

• 有迭代器，使用迭代器修改? ? ? ? auto iter = v.begin(),? ? ? ? *iter = 1
• 使用索引进行修改? ? v[0] = 1

deque（双端队列）

#include<deque>
deque<int>q

q.begin(), q.end()? ? ? ? 返回deque的首尾迭代器

q.front(), q.back()? ? ? ? 返回deque的首尾元素

q.push_back()? ? ? ? 从队尾入队一个元素

q.push_front()? ? ? ? 从队头入队一个元素

q.pop_back()? ? ? ? 从队尾出队一个元素

q.pop_front()? ? ? ? 从队头出队一个元素

q.size()? ? ? ? 队列中元素个数

q.clear()? ? ? ? 清空队列

deque支持随机访问，可以像数组下标一样取出其中的一个元素。即q[i]

deque容器可以被应用到SPFA算法的SLF优化：SPFA算法的优化方式

set

set满足互异性，set集合中的元素是默认升序的（set容器自动有序和快速添加、删除的性质是由其内部实现：红黑树（平衡树的一种））

#include<set>
set<int>s
set<pair<int, int> >s;

s.empty()? ? ? ? 返回集合是否为空，是为1，否为0

s.size()? ? ? ? 返回当前集合的元素个数

s.clear()? ? ? ? 清空当前集合

s.begin(), s.end()? ? ? ? 返回集合的首尾迭代器（迭代器是一种指针。这里需要注意的是，由于计算机区间“前闭后开”的结构，begin()函数返回的指针指向的的确是集合的第一个元素。但end()返回的指针却指向了集合最后一个元素后面一个元素。）?

s.insert(k)? ? ? ? 集合中加入元素k

s.erase(k)? ? ? ? 集合中删除元素k

s.find(k)????????返回集合中指向元素k的迭代器。如果不存在这个元素，就返回s.end()，这个性质可以用来判断集合中有没有这个元素。

s.lower_bound()? ? ? ? 返回集合中第一个大于等于关键字的元素

s.upper_bound()? ? ? ? 返回集合中第一个严格大于关键字的元素

multiset(有序多重集合)

s.erase(k)? ? ? ?

erase(k)函数在set容器中表示删除集合中元素k。但在multiset容器中表示删除所有等于k的元素。

倘若只删除这些元素中的一个元素

if((it = s.find(a)) != s.end())
    s.erase(it);
if中的条件语句表示定义了一个指向一个a元素的迭代器，如果这个迭代器不等于s.end(),
就说明这个元素的确存在，就可以直接删除这个迭代器指向的元素。

s.count(k)? ? ? ? count(k)函数返回集合中元素k的个数，为multiset所独有。?

map

可以根据键值快速地找到这个映射出的数据， map容器的内部实现是一棵红黑树

#include<map>
map<int, char> mp;
建立一个从整型变量到字符型变量的映射

map<int, char>mp;

//插入
mp[1] = 'a';
mp.insert(map<int, char>::value_type(2, 'b'));
mp.insert(pair<int, char>(3, 'c'));
mp.insert(make_pair<int, char>(4, 'd'));

//查找
mp[3] = 't';    //修改键值对中的值

map<int, char>::iterator iter;
iter = mp.find(3);
iter->second = 'y';
cout << iter->second << endl;

//删除
mp.erase(2);    //删除键值对

//遍历
for(map<int, char>::iterator iter = mp.begin(); iter != mp.end(); iter++)
{
    cout << iter->first << endl;
    cout << iter->second << endl;
}

mp.begin(), mp.end()? ? ? ? 返回首尾迭代器?

mp.clear()? ? ? ? 清空函数操作

mp.size()? ? ? ? 返回容器大小

queue（FIFO）

#include<queue>
queue<int>q;
queue<pair<int, int> >q;

q.front(), q.back()? ? ? ? 返回queue的首尾元素

q.push()? ? ? ? 从queue末尾加入一个元素

q.size()? ? ? ? 返回queue当前的长度（大小）

q.pop()? ? ? ? 从queue队首删除一个元素

q.empty()? ? ? ? 返回queue是否为空，1为空，0不为空

priority_queue

优先队列在队列的基础上，将其中的元素加以排序。其内部实现是一个二叉堆。优先队列即为将堆模板化，将所有入队的元素排成具有单调性的一队，方便我们调用。

大根堆声明就是将大的元素放在堆顶的堆。优先队列默认实现的就是大根堆。

小根堆声明就是将小的元素放在堆顶的堆。

#include<queue>
priority_queue<int>q;        //大根堆
priority_queue<string>q;
priority_queue<pair<int, int> >q;    
priority_queue<int, vector<int>, less<int> >q;    //大根堆
priority_queue<int, vector<int>, greater<int> >q;    //小根堆

q.top()? ? ? ? 返回priority_queue的首元素

q.push()? ? ? ? 向priority_queue中加入一个元素

q.size()? ? ? ? 返回priority_queue当前的长度（大小）

q.pop()? ? ? ? 从priority_queue末尾删除一个元素

q.empty()? ? ? ? 返回priority_queue是否为空，1为空，0不为空?

stack（栈）

#include<stack>
stack<int> st;
stack<pair<int, int> > st;

st.top()? ? ? ? 返回stack的栈顶元素

st.push()? ? ? ? 从stack栈顶加入一个元素

st.size()? ? ? ? 返回stack当前的长度（大小）

st.pop()? ? ? ? 从stack栈顶弹出一个元素

st.empty()? ? ? ? 返回stack是否为空，1为空，0不为空

string(字符串操作)

其实string容器就是一个字符串

重载运算符

C++语言中已经给出的运算符（算数运算符和逻辑运算符）只是针对C++语言中已经给定的数据类型进行运算。倘若我们想要对我们自定义数据类型进行运算的话，则需要重载运算符，我们可以把重载运算符理解为对已有的运算符的一种重新定义。

重载运算符的实现

语法格式如下
<返回类型> operator <运算符符号>（<参数>）
{
    <定义>;
}

//定义结构体
struct node
{
    int id;
    double x, y;
}; 
//重载运算符"<"
bool operator < (const node &a, const node &b)  
{
    if(a.x != b.x)
        return a.x < b.x;
    else
        return a.y < b.y;
}