C++----STL
STL基本概念
STL = Standard Template Library，标准模板库，它是一个容器模板、迭代器模板、函数对象模板和算法模板的集合。它们的设计都是基于泛型编程原则的。STL容器是一个与数组类似的单元，可以存储若干个值；算法是完成特定任务的处方，算法通过使用模板，从而独立于所存储的对象的类型；通过使用迭代器接口，从而独立于容器的类型。迭代器是广义指针。
容器
1.1、容器类型是可用于创建具体容器对象的模板。
1.2、STL的容器可以分为以下几个大类:
（1）序列容器： 有vector、list、 deque、string、forward_list、array(也被归为序列容器，虽然并不满足所有要求)。
（2）关联容器： 有set、 multiset、 map、 mulmap、hash_set、 hash_map、hash_multiset、 hash_multimap。(对容器概念的改进，将值与键关联在一起，并使用键来查找值。
（3）容器配接器：Stack、Queue、Priority Queue
1.3、STL各个容器的实现:
（1）、Vector
头文件：#inlcude
内部数据结构：数组。
特点：
① 随机访问每个元素，所需要的时间为常量。
② 在末尾增加或删除元素所需时间与元素数目无关，在中间或开头增加或删除元素所需时间随元素数目呈线性变化。
③ 可动态增加或减少元素，内存管理自动完成，但程序员可以使用reserve()成员函数来管理内存。
④ vector的迭代器在内存重新分配时将失效（它所指向的元素在该操作的前后不再相同）。当把超过capacity()-size()个元素插入vector中时，内存会重新分配，所有的迭代器都将失效；否则，指向当前元素以后的任何元素的迭代器都将失效。当删除元素时，指向被删除元素以后的任何元素的迭代器都将失效。
常用函数：
c.assign(beg,end) c.assign(n,elem) //将(beg; end)区间中的数据赋值给c。将n个elem的拷贝赋值给c。
c.at(idx) //传回索引idx所指的数据，如果idx越界，抛出out_of_range。
c.back() //传回最后一个数据，不检查这个数据是否存在。
c.begin() //传回迭代器中的第一个数据地址。
c.capacity() //返回容器中数据个数。
c.clear() //移除容器中所有数据。
c.empty() //判断容器是否为空。
c.end() //指向迭代器中末端元素的下一个，指向一个不存在元素。
c.erase(pos) //删除pos位置的数据，传回下一个数据的位置。
c.erase(beg,end) //删除[beg,end)区间的数据，传回下一个数据的位置。
c.front() //传回第一个数据。
get_allocator //使用构造函数返回一个拷贝。
c.insert(pos,elem) //在pos位置插入一个elem拷贝，传回新数据位置
c.insert(pos,n,elem) //在pos位置插入n个elem数据,无返回值
c.insert(pos,beg,end) //在pos位置插入在[beg,end)区间的数据。无返回值
c.max_size() //返回容器中最大数据的数量。
c.pop_back() //删除最后一个数据。
c.pop_front() //删除头部数据。
c.push_back(elem) //在尾部加入一个数据。
c.rbegin() //传回一个逆向队列的第一个数据。
c.rend() //传回一个逆向队列的最后一个数据的下一个位置。
c.resize(num) //重新指定队列的长度。
c.reserve() //保留适当的容量。
c.size() //返回容器中实际数据的个数。
c1.swap(c2) //将c1和c2元素互换（2）、Deque
头文件：#include
内部数据结构：双端队列
特点：
① 随机访问每个元素，所需要的时间为常量。
② 在开头和末尾增加元素所需时间与元素数目无关，在中间增加或删除元素所需时间随元素数目呈线性变化。
③ 可动态增加或减少元素，内存管理自动完成，不提供用于内存管理的成员函数。
④ 增加任何元素都将使deque的迭代器失效。在deque的中间删除元素将使迭代器失效。在deque的头或尾删除元素时，只有指向该元素的迭代器失效。
常用函数：与Vector相同
（3）、List
头文件：#include
内部数据结构：双向环状链表
特点：
① 不能随机访问一个元素。
②可双向遍历。
③在开头、末尾和中间任何地方增加或删除元素所需时间都为常量。
④可动态增加或减少元素，内存管理自动完成。
⑤增加任何元素都不会使迭代器失效。删除元素时，除了指向当前被删除元素的迭代器外，其它迭代器都不会失效。
常用函数：与Vector相同
（4）、Slist
头文件：#include
内部数据结构：单向链表
特点：
① 不可双向遍历，只能从前到后地遍历。
②其它的特性同list相似。
常用函数：
* void swap(slist&);
* iterator insert_after(iterator pos,const T& x); // 注意与前面不同的是，这里是在POS位置之后进行插入
* // vector、deque、list都是POS前插入
* iterator insert(iterator pos,const T& X); // 找到pos的前驱，再调用insert_after进行插入(pos前插入)
* void pop_front();
* iterator erase(iterator pos);
* iterator erase(iterator first,iterator last); // 注意是半闭区间[first,last)
* void clear();
* void remove(const T& x); // 删除所有等于value的元素
* void splice(iterator pos,slist& x); //将源list的内容部分或全部元素删除，拼插入到目的list。
* void splice(iterator pos,iterator i);
* void merge(slist& x); //合并链表
* void sort(); // 按"<"关系进行排序
* void unique(); // 删除重复元素，仅保留一个
（5）、Stack
头文件：#inlcude
内部数据结构：它可以将任意类型的序列容器转换为一个堆栈，一般使用deque作为支持的序列容器。
特点：
①元素只能后进先出（LIFO）。
②不能遍历整个stack。
常用函数：
bool empty()const;
size_type size();
T &pop();
void push(const T &x);
void pop();（6）、Queue
头文件：#inlcude
内部数据结构：它可以将任意类型的序列容器转换为一个队列，一般使用deque作为支持的序列容器。
特点：
①元素只能先进先出（FIFO）。
②不能遍历整个queue。
常用函数：
bool empty()const;
size_type size();
T &front();
T &back();
void push(const T &x);
void pop();
（7）、Priority_Queue
头文件：#inlcude
内部数据结构：它可以将任意类型的序列容器转换为一个优先队列，一般使用vector作为底层存储结构.
特点：
①适配器，它可以将任意类型的序列容器转换为一个优先级队列，一般使用vector作为底层存储方式。
②只能访问第一个元素，不能遍历整个priority_queue。
③第一个元素始终是优先级最高的一个元素。
（8）、Set
头文件：#inlcude
内部数据结构：二叉树
特点：
①键和值相等。
②键唯一。
③元素默认按升序排列。
④如果迭代器所指向的元素被删除，则该迭代器失效。其它任何增加、删除元素的操作都不会使迭代器失效。
（9）、Multiset
头文件：#inlcude
内部数据结构：二叉树
特点：
①键可以不唯一。
②其它特点与set相同。
（10）、Map
头文件：#inlcude
内部数据结构:二叉树。
特点：
①键唯一。
②元素默认按键的升序排列。
③如果迭代器所指向的元素被删除，则该迭代器失效。其它任何增加、删除元素的操作都不会使迭代器失效。
（11）、Multimap
头文件：#inlcude
内部数据结构：二叉树。
特点：
①键可以不唯一。
②其它特点与map相同。
注意：关联容器支持通过键来高效地查找和读取元素，两个基本的关联容器是map和set。map的元素是“键-值”对的二元组形式：键用作元素在map中的索引，而值则表示所存储和读取的数据。set仅包含一个键，并有效地支持关于某个键是否存在的查询。set和map类型的对象所包含的元素都具有不同的键。如果需要一个键对应多个实例，则需要使用multimap或multiset类型。这两种类型允许多个元素拥有相同的键。
（12）、Hash_Set
头文件：#inlcude
内部数据结构：哈希表。
特点：
① 与set相比较，它里面的元素不一定是经过排序的，而是按照所用的hash函数分派的，它能提供更快的搜索速度（当然跟hash函数有关）。
②其它特点与set相同。
（13）、Hash_Multiset
头文件：#inlcude
内部数据结构：哈希表。
特点：
①键可以不唯一。
②其它特点与hash_set相同。
（14）、Hash_Map 头文件：#inlcude
内部数据结构：哈希表。
特点：
①与map相比较，它里面的元素不一定是按键值排序的，而是按照所用的hash函数分派的，它能提供更快的搜索速度（当然也跟hash函数有关）。
②其它特点与map相同。
（15）、Hash_Multimap
头文件：#inlcude <hash_map>
内部数据结构：哈希表。
特点：
①键可以不唯一。
②其它特点与hash_map相同。
注意：带有hash字样的关联容器，内部结构是哈希表，其它特性不变。hashtable 可以提供任何有名项的存取操作和删除操作，由于操作对象是有名项，故可被视为一种字典结构。用意是在常数时间内提供基本操作。常见的，我们可以把int存到相应值的数组里面，就可以通过O(1)的时间存取和删除。主要思想是通过hash函数，把对象映射到一个较小的容器里面，并且保证时间复杂度。映射到较小容器很可能出现碰撞问题，解决的方法常见的有：线性探测，二次探测，开链法。STL利用vector来当容器，采用开链法来解决冲突，从而实现hashtable。hashtable只能处理char,int,short等类型，不能处理string,double,float类型，想要处理的话必须自己加hash function.
迭代器
2.1、基本概念：
迭代器（iterator）是连接容器和算法的纽带，为数据提供了抽象，使写算法的人不必关心各种数据结构的细节。迭代器提供了数据访问的标准模型——对象序列，使对容器更广泛的访问操作成为可能。
泛型编程的关键所在，就是如何找到一种通用的方法，来访问具有不同结构的各种容器中的每个元素，而这正是迭代器的功能。
迭代器是一种广义的指针，是指向序列元素指针概念的一种抽象。迭代器可以指向容器中的任意元素，还能遍历整个容器。
（序列）容器是数组的抽象，而迭代器则是指向数组指针的抽象。迭代器虽然是广义的指针，但是，迭代器并不是通用的指针。不同的容器可能需要不同的迭代器，实际上，在STL中，为每种容器都typedef了一个迭代器，名为iterator。例如，vector
2.2、类型：
（1） 输入迭代器（input iterator）——用于读取容器中的信息，但不一定能够修改它。
① 输入迭代器iter通过解除引用（即*iter），来读取容器中其所指向元素之值；
② 为了使输入迭代器能够访问容器中的所有元素的值，必须使其支持（前/后缀格式的）++ 操作符；
③ 输入迭代器不能保证第二次遍历容器时，顺序不变；也不能保证其递增后，先前指向的值不变。即，基于输入迭代器的任何算法，都应该是单通（single-pass）的，不依赖于前一次遍历时的值，也不依赖于本次遍历中前面的值。
可见输入迭代器是一种单向的只读迭代器，可以递增但是不能递减，而且只能读不能写。适用于单通只读型算法。
（2） 输出迭代器（output iterator）——用于将信息传输给容器（修改容器中元素的值），但是不能读取。例如，显示器就是只能写不能读的设备，可用输出容器来表示它。也支持解除引用和++操作，也是单通的。所以，输出迭代器适用于单通只写型算法。
（3）前向迭代器（forward iterator正向迭代器）——只能使用++操作符来单向遍历容器（不能用--）。与I/O迭代器一样，前向迭代器也支持解除引用与++操作。与I/O迭代器不同的是，前向迭代器是多通的（multi-pass）。即，它总是以同样的顺序来遍历容器，而且迭代器递增后，仍然可以通过解除保存的迭代器引用，来获得同样的值。另外，前向迭代器既可以是读写型的，也可以是只读的。
（4）双向迭代器（bidirectional iterator）——可以用++和--操作符来双向遍历容器。其他与前向迭代器一样，也支持解除引用、也是多通的、也是可读写或只读的。
（5）随机访问迭代器（random access iterator）——可直接访问容器中的任意一个元素的双向迭代器。
可见，这5种迭代器形成了一个层次结构：I/O迭代器（都可++遍历，但是前者只读/后者只写）最基本、前向迭代器可读写但只能++遍历、双向迭代器也可读写但能++/--双向遍历、随机迭代器除了能够双向遍历外还能够随机访问。
算法
3.1 STL算法部分主要由头文件编译器无法检测出所传递的迭代器是一个无效形式的迭代器,当然也无法给出算法函数错误的提示,因为迭代器并不是真实的类别,它只是传递给函数模板的一种参数格式而已。
3.2 STL中算法分类:
- 操作对象
- 直接改变容器的内容
- 将原容器的内容复制一份,修改其副本,然后传回该副本
- 功能:
- 非可变序列算法 指不直接修改其所操作的容器内容的算法
- 可变序列算法 指可以修改它们所操作的容器内容的算法
- 排序算法 包括对序列进行排序和合并的算法、搜索算法以及有序序列上的集合操作
- 数值算法 对容器内容进行数值计算
| 修改性序列操作（27个） |
||
| 复制 |
copy() |
从序列的第一个元素起进行复制 |
| copy_backward() |
从序列的最后一个元素起进行复制 |
|
| 交换 |
swap() |
交换两个元素 |
| swap_ranges() |
交换指定范围的元素 |
|
| iter_swap() |
交换由迭代器所指的两个元素 |
|
| 变换 |
transform() |
将某操作应用于指定范围的每个元素 |
| 替换 |
replace() |
用一个给定值替换一些值 |
| replace_if() |
替换满足谓词的一些元素 |
|
| replace_copy() |
复制序列时用一给定值替换元素 |
|
| replace_copy_if() |
复制序列时替换满足谓词的元素 |
|
| 填充 |
fill() |
用一给定值取代所有元素 |
| fill_n() |
用一给定值取代前n个元素 |
|
| 生成 |
generate() |
用一操作的结果取代所有元素 |
| generate_n() |
用一操作的结果取代前n个元素 |
|
| 删除 |
remove() |
删除具有给定值的元素 |
| remove_if() |
删除满足谓词的元素 |
|
| remove_copy() |
复制序列时删除具有给定值的元素 |
|
| remove_copy_if() |
复制序列时删除满足谓词的元素 |
|
| 唯一 |
unique() |
删除相邻的重复元素 |
| unique_copy() |
复制序列时删除相邻的重复元素 |
|
| 反转 |
reverse() |
反转元素的次序 |
| reverse_copy() |
复制序列时反转元素的次序 |
|
| 环移 |
rotate() |
循环移动元素 |
| rotate_copy() |
复制序列时循环移动元素 |
|
| 随机 |
random_shuffle() |
采用均匀分布来随机移动元素 |
| 划分 |
partition() |
将满足某谓词的元素都放到前面 |
| stable_partition() |
将满足某谓词的元素都放到前面并维持原顺序 |
|
| 序列排序及相关操作（27个） |
||
| 排序 |
sort() |
以很好的平均效率排序 |
| stable_sort() |
排序，并维持相同元素的原有顺序 |
|
| partial_sort() |
将序列的前一部分排好序 |
|
| partial_sort_copy() |
复制的同时将序列的前一部分排好序 |
|
| 第n个元素 |
nth_element() |
将第n各元素放到它的正确位置 |
| 二分检索 |
lower_bound() |
找到大于等于某值的第一次出现 |
| upper_bound() |
找到大于某值的第一次出现 |
|
| equal_range() |
找到（在不破坏顺序的前提下）可插入给定值的最大范围 |
|
| binary_search() |
在有序序列中确定给定元素是否存在 |
|
| 归并 |
merge() |
归并两个有序序列 |
| inplace_merge() |
归并两个接续的有序序列 |
|
| 有序结构上的集合操作 |
includes() |
一序列为另一序列的子序列时为真 |
| set_union() |
构造两个集合的有序并集 |
|
| set_intersection() |
构造两个集合的有序交集 |
|
| set_difference() |
构造两个集合的有序差集 |
|
| set_symmetric_difference() |
构造两个集合的有序对称差集（并-交） |
|
| 堆操作 |
push_heap() |
向堆中加入元素 |
| pop_heap() |
从堆中弹出元素 |
|
| make_heap() |
从序列构造堆 |
|
| sort_heap() |
给堆排序 |
|
| 最大和最小 |
min() |
两个值中较小的 |
| max() |
两个值中较大的 |
|
| min_element() |
序列中的最小元素 |
|
| max_element() |
序列中的最大元素 |
|
| 词典比较 |
lexicographical_compare() |
两个序列按字典序的第一个在前 |
| 排列生成器 |
next_permutation() |
按字典序的下一个排列 |
| prev_permutation() |
按字典序的前一个排列 |
|
make_heap(c.begin(),c.end()); //默认建立一个堆
push_heap(c.begin(),c.end()) //新添加一个元素在末尾，然后重新调整堆序。也就是把元素添加在底层vector的end()处。
pop_heap(c.begin(),c.end()); //把堆顶元素取出来，放到了数组或者是vector的末尾，用原来末尾元素去替代
sort_heap(c.begin(),c.end()); //持续对整个heap做pop_heap操作