第8周 STL-1
8-1 STL-概述
8-2 STL-概述(续)
8-3 顺序容器vector
8-4 list与deque
8-5 函数对象
C++ 语言的核心优势之一就是便于软件的重用
C++中有两个方面体现重用:
1.面向对象的思想:继承和多态,标准类库
2.泛型程序设计(generic programming) 的思想: 模板机
制,以及标准模板库 STL
泛型程序设计:
简单地说就是使用模板的程序设计法。
将一些常用的数据结构(比如链表,数组,二叉树)和算法(比如排序,查找)写成模板,以后则不论数据结构里放的是什么对象,算法针对什么样的对象,则都不必重新实现数据结构,重新编写算法。
标准模板库 (Standard Template Library) 就是一些常用数据结构和算法的模板的集合。有了STL,不必再写大多的标准数据结构和算法,并且可获得非常高的性能。
STL中的基本的概念
容器: 可容纳各种数据类型的通用数据结构,是类模板
迭代器:可用于依次存取容器中元素,类似于指针
算法: 用来操作容器中的元素的函数模板
sort()来对一个vector中的数据进行排序
find()来搜索一个list中的对象
算法本身与他们操作的数据的类型无关,因此他们可以在从简单数组到高度复杂容器的任何数据结构上使用。
int array[100];
该数组就是容器,而 int * 类型的指针变量就可以作为迭代器, sort算法可以作用于该容器上,对其进行排序:
sort(array,array+70); //将前70个元素排序
容器概述
可以用于存放各种类型的数据(基本类型的变量,对象等)的数据结构,都是类模版,分为三种:
1)顺序容器
vector, deque,list
2)关联容器
set, multiset, map, multimap
3)容器适配器
stack, queue, priority_queue
对象被插入容器中时,被插入的是对象的一个复制品。许多算法,比如排序,查找,要求对容器中的元素进行比较,有的容器本身就是排序的,所以,放入容器的对象所属的类,往往还应该重载 == 和 < 运算符
1.顺序容器简介
容器并非排序的,元素的插入位置同元素的值无关。
有vector,deque,list 三种
vector 头文件
动态数组。元素在内存连续存放。随机存取任何元素都能在常数时间完成。在尾端增删元素具有较佳的性能(大部分情况下是常数时间)。
deque头文件
双向队列。元素在内存连续存放。随机存取任何元素都能在常数时间完成(但次于vector)。在两端增删元素具有较佳的性能(大部分情况下是常数时间)。
list 头文件
双向链表。元素在内存不连续存放。在任何位置增删元素都能在常数时间完成。 不支持随机存取。
2.关联容器简介
元素是排序的
插入任何元素,都按相应的排序规则来确定其位置;
在查找时具有非常好的性能;
通常以平衡二叉树方式实现, 插入和检索的时间都是 O(log(N))
set/multiset 头文件
set 即集合。 set中不允许相同元素, multiset中允许存在相同的元素。
map/multimap 头文件
map与set的不同在于map中存放的元素有且仅有两个成员变量,一个名
为first,另一个名为second, map根据first值对元素进行从小到大排序,
并可快速地根据first来检索元素。
map同multimap的不同在于是否允许相同first值的元素。
3.容器适配器简介
stack :头文件
栈。是项的有限序列,并满足序列中被删除、检索和修改的项只能是最近插入序列的项(栈顶的项)。 后进先出。
queue 头文件
队列。插入只可以在尾部进行,删除、检索和修改只允许从头部进行。 先进先出。
priority_queue 头文件
优先级队列。最高优先级元素总是第一个出列
顺序容器和关联容器中都有的成员函数
begin 返回指向容器中第一个元素的迭代器
end 返回指向容器中最后一个元素后面的位置的迭代器
rbegin 返回指向容器中最后一个元素的迭代器
rend 返回指向容器中第一个元素前面的位置的迭代器
erase 从容器中删除一个或几个元素
clear 从容器中删除所有元素
顺序容器的常用成员函数:
front :返回容器中第一个元素的引用
back : 返回容器中最后一个元素的引用
push_back : 在容器末尾增加新元素
pop_back : 删除容器末尾的元素
erase :删除迭代器指向的元素(可能会使该迭代器失效),或删除一个区间,返回被删除元素后面的那个元素的迭代器
迭代器
用于指向顺序容器和关联容器中的元素
迭代器用法和指针类似
有const 和非 const两种
通过迭代器可以读取它指向的元素
通过非const迭代器还能修改其指向的元素
定义一个容器类的迭代器的方法可以是:
容器类名::iterator 变量名;
或:
容器类名::const_iterator 变量名;
访问一个迭代器指向的元素:
* 迭代器变量名
迭代器上可以执行 ++ 操作, 以使其指向容器中的下一个元素。如果迭代器到达了容器中的最后一个元素的后面,此时再使用它,就会出错,类似于使用NULL或未初始化的指针一样。
程序示例:
#include
#include
using namespace std;
int main() {
vector
v.push_back(1); v.push_back(2); v.push_back(3); v.push_back(4);
vector
for( i = v.begin();i != v.end();++i )
cout << * i << ",";
cout << endl;
vector
for( r = v.rbegin();r != v.rend();r++ )
cout << * r << ",";
cout << endl;
vector
for( j = v.begin();j != v.end();j ++ )
* j = 100;
for( i = v.begin();i != v.end();i++ )
cout << * i << ",";
}
双向迭代器
若p和p1都是双向迭代器,则可对p、 p1可进行以下操作:
++p, p++ 使p指向容器中下一个元素
--p, p-- 使p指向容器中上一个元素
* p 取p指向的元素
p = p1 赋值
p == p1 , p!= p1 判断是否相等、不等
随机访问迭代器
若p和p1都是随机访问迭代器,则可对p、 p1可进行以下操作:
双向迭代器的所有操作
p += i 将p向后移动i个元素
p -= i 将p向向前移动i个元素
p + i 值为: 指向 p 后面的第i个元素的迭代器
p - i 值为: 指向 p 前面的第i个元素的迭代器
p[i] 值为: p后面的第i个元素的引用
p < p1, p <= p1, p > p1, p>= p1
有的算法,例如sort,binary_search需要通过随机访问迭代器来访问容器中的元素,那么list以及关联容器就不支持该算法!
vector的迭代器是随机迭代器
list 的迭代器是双向迭代器
3算法简介
算法就是一个个函数模板, 大多数在
STL中提供能在各种容器中通用的算法,比如查找,排序等
算法通过迭代器来操纵容器中的元素。许多算法可以对容器中的一个局部区间进行操作,因此需要两个参数,一个是起始元素的迭代器,一个是终止元素的后面一个元素的迭代器。比如,排序和查找
有的算法返回一个迭代器。比如 find() 算法,在容器中查找一个元素,并返回一个指向该元素的迭代器
算法可以处理容器,也可以处理普通数组
算法示例: find()
template
InIt find(InIt first, InIt last, const T& val);
first 和 last 这两个参数都是容器的迭代器,它们给出了容器中的查找区间起点和终点[first,last)。区间的起点是位于查找范围之中的,而终点不是。 find在[first,last)查找等于val的元素
用 == 运算符判断相等
函数返回值是一个迭代器。如果找到,则该迭代器指向被找到的元素。如果找不到,则该迭代器等于last
程序示例
#include
#include
#include
using namespace std;
int main() { //find
int array[10] = {10,20,30,40};
vector
v.push_back(1); v.push_back(2);
v.push_back(3); v.push_back(4);
vector
p = find(v.begin(),v.end(),3);
if( p != v.end())
cout << * p << endl; //
p = find(v.begin(),v.end(),9);
if( p == v.end())
cout << "not found " << endl;
p = find(v.begin()+1,v.end()-2,1); //整个容器:[1,2,3,4], 查找区间:[2,3)
if( p != v.end())
cout << * p << endl;
int * pp = find( array,array+4,20);//数组名是迭代器
cout << * pp << endl;
}
输出:
3
not found
3
20
STL中“大”“小” 的概念
关联容器内部的元素是从小到大排序的
有些算法要求其操作的区间是从小到大排序的,称为“有序区间算法”
例: binary_search
有些算法会对区间进行从小到大排序,称为“排序算法”
例: sort
还有一些其他算法会用到“大”,“小”的概念
使用STL时,在缺省的情况下,以下三个说法等价:
1) x比y小
2) 表达式“x
3) y比x大
STL中“相等”的概念
有时,“x和y相等”等价于“x==y为真”
例:在未排序的区间上进行的算法,如顺序查找find
……
有时“x和y相等”等价于“x小于y和y小于x同时为假”
例:
有序区间算法,如binary_search
关联容器自身的成员函数find
vector
可变长的动态数组
必须包含头文件 #include
支持 随机访问迭代器
根据下标随机访问某个元素时间为常数
在尾部添加速度很快
在中间插入慢
所有STL算法 都能对vector操作
vector的成员函数
构造函数初始化
其他常用函数
deque 容器
双向队列
必须包含头文件 #include
所有适用于vector的操作 都适用于deque
deque还有 push_front (将元素插入到容器的头部)和 pop_front (删除头部的元素) 操作
list 容器
还支持8个成员函数:
list容器之sort函数
程序示例:
#include
#include
using namespace std;
class MyLess {
public:
bool operator()(const int&c1, const int& c2)
{
return (c1 % 10) < (c2 % 10);
}
};
template <class T>
void Print(T frist, T last) {
for (; frist != last; ++frist)
cout << *frist <<",";
}
int main()
{
const int SIZE = 5;
int a[SIZE] = { 5,21,14,2,3 };
list<int> lst(a,a+SIZE);
lst.sort(MyLess());
Print(lst.begin(), lst.end());
cout << endl;
lst.sort();
Print(lst.begin(), lst.end());
cout << endl;
}
运行结果: