常用STL的使用

一、STL是什么

• STL是一个标准模板库，是一个高效的C++程序库
• qsort()：C标准库的快速排序

二、string

char str[12] = "Hello";

char *p = str;

*p = 'h';            //可以赋值，因为创建了数组 ，在内存中又开辟了一块空间，然后把字符串赋值给该数组，是可以改变的量

char *ptr = "Hello";

*ptr = 'h';          //不能赋值。ptr指向内存中的一个临时常量。常量不能赋值

//更标准的用法

const char *cptr = "Hello";

• string是一个字符串的类
• string.h和cstring都不是string类的头文件。都是定义的C风格字符串的一些操作方法，如strcpy()、strlen()等。只是string.h是c语言的头文件，cstring是C++对应的头文件，是为了和c语言进行兼容。

1.string类的实现

• string类的底层是一个字符串指针，即char *m_data;

1）普通构造函数   P68

//构造函数见P68

传入的是一个char *类型的字符串；

如果传入是一个空字符串，那么string就也是一个空字符串"\0"；

如果str是非空，那么私有成员m_data就要预留length+1的长度，+1用来存放'\0'；

//指针赋值只是把两个指针指向了同一个位置而已

//创建一个char *类型的变量，m_data需要首先分配内存，然后再拷贝

2）sting的析构函数

string::~string()

{

    if(m_data){                //判断m_data是否为空

        delete[] m_data;

        m_data = nullptr;      //删除之后需要赋空指针

    }

}

3）拷贝构造函数

string::string(const string &s)  // 传入的参数是一个常引用。一是保证传入参数不变，二是不进行拷贝，减少栈空间的消耗。（如果不使用引用将造成无限循环）

{

    if(!s.m_data)                //m_data的null判断

    {

        m_data = nullptr;

    }

    else{

         m_data = new char[strlen(s.m_data)+1];    //开辟空间

        strcpy(m_data,s.m_data);                  //复制

    }

}

4）赋值函数

string &string::operator=(const string &s)    //返回值是引用，而参数仍是常引用

{

    if(this != &s){                            //检查自赋值

        delete[] m_data;                      //释放原有的内存资源

        if(!s.m_data){                        //对m_data做null判断

            m_data = nullptr;

        }

        else{

            m_data = new char[strlen(s.m_data)+1];

            strcpy(m_data,s.m_data);

        }

    }

    return *this;                              //返回*this

}

5）字符串连接

//三种情况：1.传入指针为空 2.本身内容为空 3.两者均不为空

string &string::operator+(const string &s)

{

    string newstring;        //需要新建一个对象

    if(!s.m_data)            //检查传入指针为空

        newstring = this;

    else if(!m_data)         //

        newstring = s;

    else{

        newstring.m_data = new char[strlen(m_data)+strlen(s.m_data)+1];

        strcpy(newstring.m_data,m_data);

        strcat(newstring.m_data,s.m_data);

    }

    return newstring;        //返回新建的对象

}

6）判断相等

//先判断长度是否相等，再判断内容是否相等

bool string::operator==(const string &s)

{

    if(strlen(m_data) != strlen(s.m_data)){ 

        return false;

    }

    else{

        return strcmp(m_data,s.m_data)?false:true;

    }

}

7）返回长度

int string::getlength()

{

    return strlen(m_data);

}

2.string声明方式 P70

3.C++字符串（string）和C字符串的转换

• C++字符串转换成对应的C字符串的方法：使用data()、c_str()、copy()来实现。

注意：

1.data和c_str在c++11之后好像就没有区别了

2.c_str()语句可以生成一个const char *指针，并指向空字符的数组。这个数组的数据是临时的，当有一个改变这些数据的成员函数被调用之后，其中的数据会失效

string s = "Hello";

const char *cptr = s.data();

cout << cptr << endl;

s = "World";

cout << cptr << endl;

//输出为：

Hello

World

//所以要么现用现转换，要么复制后再转换

copy(p,n,size_type_off = 0)

//从string拷贝到指针p中，拷贝n个字符，默认从首字符开始，也可以由size_type_off来进行指定。返回拷贝字符的个数，可以通过返回值来添加空字符'\0'

//用户确保p指向控件足够用来保存n个字符

//string::npos：指向string的尾置尾置或者表示string的大小或结束位置

4.C++字符串（string）和int类型的转换

1）int转string

//1.使用snprintf

//snprintf只能转换到C风格字符串

int length = snprintf(p,n,%format,i);

//p为指向char的指针，即char *

//n为输出到p的字符个数

//format为对i进行的格式转换

//i为要转换的整形变量

//注意先进行格式转换，再按照n的值来选择位数输出

//例子

static inline std::string i64tostr(long long a)

{

    char buf[32];

    snprintf(buf,sizeof(buf),"%lld",a);

    return std::string(buf);

}

//2.使用to_string

string s = to_string(i);

//i为要进行转换的整形变量

//3.使用stringstream（准确的说是ostringstream和.str()结合）

int tmp = 10;

ostringstream os;

os << tmp;

string str = os.str();

//str的值即是10

2）string转int的方法

//1.使用strtol、strtoll、strtoul和strtoull函数，其函数原型如下

long int strtol(const char *nptr,char **endptr,int base);

//四个函数的函数原型都差不多，除了返回类型分别问long int,long long int,unsigned long int和unsigned long long int

//形参nptr为要转换的字符串的的指针，endptr为转换到的位置，base为输出的进制

//函数会 跳过最前面的空格字符串， 遇上数字或者正负号才开始转换。遇到非数字或者空字符才结束

//nptr以0x开头，把nptr当作16进制处理，以0开头，则当作8进制处理

//具体见P75

//这种方法需要先将string转换称为char *，然后再转换称为数字

//将C++字符串转换成10进制数字的通用函数

static inline int64_t strtoint(const str::string &s)

{

    return strtol(s.c_str(),0,10);

}

//2.使用stringstream（准确的说是istringstream）

string str = "11 12 32 14 15";

istringstream is(str);

int tmp;

while(is >> tmp)

    cout << tmp << " ";

//tmp的值就可以分别取的11，12，32，14，15

三、vector

1.vector是什么

• Vector是顺序容器，是一个动态数组，支持随机存取、插入、删除、查找等操作，在内存中是一块连续的空间。在原有空间不够情况下自动分配空间。vector随机存取效率高，但是在vector插入元素，需要移动的数目多，效率低下。
  
• vector是线性容器，它的元素严格按照线性顺序排序，和动态数组很相似
• 它的元素储存在一块连续的内存区域中
• 不仅可以使用迭代器，还可以使用指针偏移的方式（即可以使用下标访问）
• vector可以自动增长或缩小储存空间

优点：

1.下标访问

2.迭代器访问

3.容器末尾增加删除元素

缺点：

1.在其他位置添加删除元素比较慢

2.迭代器和引用没有list支持的好

3.重新分配内存会影响程序的性能

• 容器的大小指元素的个数，容量是分配的内存大小，容量一般不小于大小。size返回容器的大小（元素的个数），capacity返回容器的容量（占用内存的大小）
  

2.vector的查增删

1）vector的初始化和遍历

• 遍历可以使用迭代器
• 使用for_each遍历vector

void print(int n)

{

    cout << n << " ";

}

vector ivec = {1,2,3,4,5};

for_each(ivec.begin(),ivec.end(),print);

• 使用sort函数对存放有结构体的vector进行排序，需要重载结构体的比较运算符    P80
• 除了在结构体内部重载比较函数之外，也可以在结构体之外定义比较函数    P81

bool cmp(Rect item1,Rect item2){... ...}  //定义的比较函数

sort(vec.begin(),vec.end(),cmp);          //使用sort进行排序，使用了定义的比较函数cmp

2）vector的查找

• 使用find函数在vector中查找元素，注意返回值是一个迭代器

vector::iterator iter = find(vec.begin(),vec.end(),3);     //在vector中查找3

3）vector的删除

• 使用erase或pop_back删除数据

//使用erase

for(vector::iterator iter= vec.begin();iter != vec.end();)

{

    if(*iter == 3)

        iter = vec.erase(iter);

    else

         iter++;                  //不删除的时候才++

}

//erase返回的是删除的元素的后一个迭代器

//P83   好好体会这段程序

• pop_back则是弹出最后一个数据

4）vector的增加

• 使用insert或者push_back来增加元素，其中insert是插入元素到某一个位置，而push_back是在最后添加一个元素
• P84 insert的几种函数原型，注意插入发生在指定位置（迭代器）的前面，比如指定插入位置是尾后迭代器，那么会在vec的最后插入元素（尾后迭代器前面）
• 注意删除的是迭代器指出的区间，则都是左闭右开的删除   P85
• 可以使用vec.clear()来清空vector

3.vector的内存管理与效率

1）使用reserve()函数提前设定容量大小

• 为了支持随机访问，vector内部是通过动态数组的方式来实现的
• 总是按照指数边界来增大其内部缓冲区的，即重新分配的大小为1.5~2倍，一般就是2倍。一般都是重新申请一块更大的新内存，并把现有的元素逐个复制过去，同时销毁旧内存。所有迭代器也不能使用了，需要及时更新迭代器
• 其访问速度和一般数组相比，只有在发生重新分配的时候，性能才会下降。因此如果有大量数据需要push_back，应该使用reserve()函数提前设定其容量大小

//几个相关的成员函数  P86

size()：容器中含有多少个元素

capacity()：容器在已经分配的内存中可以容纳多少个元素

resize(size_type n)：强制容器可以容纳n个元素， 主要是n大于小于当前容量的情况

reserve(size_type n)：强制容器把容量改为不小于n ， 主要是n大于小于当前容量的情况

• 只要有元素需要插入且容器的容量不足时就会发生重新分配，这一过程包括维护的原始内存的分配和回收、对象的拷贝和析构、迭代器，指针和引用的失效

2）使用“交换技巧”来休整vector过剩空间和内存

• 即收缩到合适：

vector(ivec).swap(ivec)；

//把ivec收缩到了合适的大小

//使用ivec构造了一个临时的vector变量

//然后交换ivec和这个临时变量（其实交换的是指针）

//语句结束，临时变量指向的内存被释放（即之前有空余的内存），而ivec的大小被调整到了合适

3）用swap方法强行释放vector所占的内存

vector v = {1,2,3,4,5,6};

vector().swap(x);

//把vector和一个空临时变量交换，语句结束时临时变量被释放，即原来v的内存空间被释放。v现在为空

4.vector类的简单实现

• assert(表达式)：断言：表达式为真则继续执行余下的语句，表达式为假那么就退出程序，并输出一个错误信息

四、map

1.map是什么

1）map的本质

• map本质是一类关联容器，属于模板类关联的本质在于元素的值与某个特定的键相关联
• 增加和删除节点对节点的影响很小
• 对于迭代器来说，不能修改键值，只能修改其对应的实值
• map内部自建一棵红黑树（非严格意义的平衡二叉树），所以在map内部所有的数据都是有序的

2）map的功能

• 自动建立key-value的一一对应的关系
• map，其中key必须要能够支持<操作符（比较操作）
• 根据key值进行快速查找，查找的时间复杂度是log(n)

2.map的查增删

1）map的插入

• map插入：使用insert函数插入pair数据、使用insert函数插入value_type数据和用数组方式插入
• value_type：模板类的迭代器所指向的对象的类型
• 使用insert插入已有关键字的元素，插入操作会失败，map不会产生变化

//insert插入pair数据

map mapItem1;

mapItem1.insert(pair(1,"Hello"));

或mapItem1.insert(make_pair(1,"World"));

//insert插入value_type数据

mapItem1.insert( map::value_type (1,"nihao"));

//insert的返回值是一个pair类型，其中第一个元素是map的一个迭代器表示插入的位置，而 第二个元素表示是否插入成功

pair::iterator,bool> insert_resu = mapItem1.insert(make_pair(1,"kenijiwa"));

• 数组方式插入元素，遇到相同关键字时则直接覆盖

//使用数组方式插入

map mapItem2;

mapItem2[1] = "Hello";

mapItem2[1] = "World";

mapItem2[2] = "nihao";

//插入的结果为world和你好，hello被覆盖

2）map的遍历

• 三种方法：使用前向迭代器、反向迭代器和数组方式遍历（应该不好用数组进行遍历）

//前向迭代器即是begin()、end()

//反向迭代器rbegin()、rend()

//对mapItem1进行反向迭代，从容器尾开始处理直到容器头

for( map::reverse_iterator riter = mapItem1.rbegin();riter != mapItem1.rend();riter++)    //注意这里迭代器仍然是++

{... ...}

3）map的查找

• 两种方法：使用count函数来判定关键字是否出现、使用find函数来查找关键字的位置
• count：判断关键字是否出现，但是无法返回关键字出现的位置，当关键字出现时返回1，未出现返回0

mapItem1.count(1);        //返回1

mapItem1.count(5);        //返回0

• find：定位数据出现的位置，返回一个迭代器。数据出现时，返回数据所在位置的迭代器，否则返回尾后迭代器，即map.end()。

4）map的删除

• 使用erase来删除函数

//三种函数原型

size_type map.erase(k);        //删除键值为k的元素，返回删除的元素个数

void map.erase(p);             //删除迭代器p所指的元素， p必须指向map中的元素不能越界

void map.erase(b,e);           //删除迭代器[b,e)所指范围内的元素， 必须是一个有效范围

//

for(map::iterator iter = mapItem1.begin();iter != mapItem1.end();){

    if((*iter).second == "Hello"){

        mapItem1.erase(iter++);                //这样使用才是正确的，删除之后迭代器本来应该要失效的，但是这里迭代器能够自动指向下一个元素

    }

}

5）map的排序

• map的默认是按照key从小到大排序的

//map的STL定义

templateclass Compare = less, class Allocator = allocator>> class map;

//其中第三个参数是一个函数对象，有一个默认值less。函数对象本质上是对()运算符的重载

• binary_function是二元函数对象的模板类，也是一个基类，本身不重载（）运算符，交给派生类完成

template

struct binary_function

{

    typedef Arg1  first_argument_type;

     typedef Arg2  second_argument_type ;

    typedef Result result_type;

};

• map的定义的第三个参数有一个默认参数less，定义如下

templatestruct less: binary_function        //这里是继承了基类binary_function

{

    bool operator()(const T &x,const T& y)const

    {

        return x < y;

    }

};

• 同样定义了一个greater，所以如果要让map从大到小排序就要调用这个函数来定义map

//greater定义在头文件中

#include

mapgreater> mapItem3;            //元素按key从大到小排序, great中的key值只能够使用键值

• 可以自己定义一个函数对象的类，让map按照我们希望的方式进行排序

//先定义比较的函数对象

class cmp

{

public :

   bool operator() ( const string & item1 , const string & item2 )

  {

     return item1 . size () < item2 . size ();

  }

private :

};

//使用自己的比较函数对象来定义map

map<string, int, cmp > mapItem5;

//这样就实现了按照string的长度来排序

• 如果key是结构体，那么必须重载该结构体的<符号操作。否则会导致编译出错
• sort排序的对象必须是线性储存的，比如序列容器（vector,list,deque），也可以给sort指定比较方法，sort的第三个参数就是比较方法
• 如果要按照value值对其进行排序，那么需要把map值转存到vector中，然后自己定义一个比较函数或者是函数对象来对vector进行排序

//可以把mapItem的元素存入pairVec中

map mapItem;

vector> pairVec;

//定义一个 比较函数

bool cmpByValue(const pair &item1,const pair &item2)

{

    return item1.second < item2.second;

}

//定义一个 函数对象

struct Cmp_By_Value

{

    bool operator()(const pair &lhs,const pair &rhs)

    {

        return lhs.second < rhs.second;

    }

};

3.map的原理

• map内部自建一棵红黑树（一种非严格意义的平衡二叉树，本质上是二叉搜索/查找树），该树对数据自动排序，因此map内部的数据有序
• 红黑书的性质：

1.节点非黑即红

2.根节点为黑色

3.叶子节点为黑色（叶子节点指树尾端的null或者NIL节点）

4.红色节点的子节点必为黑色

5.从任意节点出发，到其所有叶子节点的简单路径上的黑色节点数量相同

• 红黑书确保没有一条路径会比其他路径长出两倍，因此是接近平衡的
• 二叉搜索树的性质

1.左子树的所有节点值均小于根节点

2.右子树的所有节点的值都大于根节点

3.左、右子树分别也是二叉搜索树

4.没有两个节点键值相等

• 红黑树的查找、插入、删除的时间复杂度最坏为O(lgn)
• 树的左旋转和右旋转 《算法导论》P176

五、set

1.set是什么

• vector封装了数组，list封装了链表，map和set封装了二叉树
• set中数元素的值不能直接改变
• STL中的标准关联容器set,multiset,map和multimap内部采用的都是红黑树
• set的几个问题

1.为什么map和set的插入删除效率比用其他序列容器高？

答：对于关联容器来说，不需要做内存拷贝和内存移动。set容器内所有元素都是以节点的方式来储存的，插入删除的时候只需要改变指针指向的位置即可

2.为何insert之后，之前保存的迭代器不会失效？

答：迭代器iterator相当于指向节点的指针，内存没有变化，指向内存的指针也就不会失效，迭代器也就不会变化。 删除操作可能导致迭代器失效。

原则:不要使用过期的迭代器iterator

3.当数据元素增多时，set的插入和搜索速度变化如何？

答：数据量增大一倍，搜索次数增加1.O(lgn)

2.set的查增删

1）创建set对象

//共有5种方式

//1.创建一个空对象

set s1;

//2.根据自己的比较函数创建set对象

struct strLess

{

    bool operator()(const char *s1,const char *s2)

    {

        return strcmp(s1,s2) < 0;

    }

};

setstrLen> s2( strLen);        //注意这里要重复写两次

//3.用set对象来拷贝构造

set s3(s1);

//4.使用迭代区间[b,e)来构造

//5.使用迭代区间 [b,e)和自己创建的比较函数来构造

2）set对象的插入：使用insert函数

pair insert(value);

//插入value，返回一个pair对象，pair的第一个元素是插入的位置的迭代器，第二个表示插入是否成功（value不能重复）

3）使用copy对象

#include         //ostream_iterator包含在头文件< iterator>中

copy(s.begin(),s.end(),ostream_iterator(cout,","));

// copy: 把一个序列（sequence）拷贝到一个容器（container）中去

//ostream_iterator(cout,","):创建一个输出对象输出到标准输出，只能输出int型对象，分隔符使用“，”

4）set的删除

//1.size_type erase(value);    删除元素value，返回删除的元素个数

//2.void erase(&pos);          删除pos位置上的元素

//3.void erase(&first,&lasr);  删除[first,last)之间的元素

//4.void clear();              删除所有元素

5）set的查找

//1. count(value);              返回set内元素值为value的元素个数

//2.iterator find(value);      查找value的位置， 找不到将会返回end()

//3.lower_bound/upper_bound/equal_range

6）其他常用函数

//empty()

//size()

//set1.swap(set2);

//rbegin()

//rend()

//max_size()