【C++代码】有序数组的平方，长度最小的子数组，螺旋矩阵 II--代码随想录

题目：有序数组的平方

• 给你一个按 非递减顺序 排序的整数数组 nums，返回 每个数字的平方 组成的新数组，要求也按 非递减顺序 排序。

题解

• 数组其实是有序的， 只不过负数平方之后可能成为最大数了。那么数组平方的最大值就在数组的两端，不是最左边就是最右边，不可能是中间。可以使用两个指针分别指向位置 0 和 n−1，每次比较两个指针对应的数，选择较大的那个逆序放入答案并移动指针。时间复杂度：O(n)，其中 n 是数组 nums 的长度。空间复杂度：O(1)。除了存储答案的数组以外，我们只需要维护常量空间。

• 如果A[i] * A[i] < A[j] * A[j] 那么result[k--] = A[j] * A[j]; 。如果A[i] * A[i] >= A[j] * A[j] 那么result[k--] = A[i] * A[i]; 。

• class Solution {
  public:
      vector<int> sortedSquares(vector<int>& nums) {
          int left=0,right=nums.size()-1;
          int ptr_index = nums.size()-1;
          vector<int> res(ptr_index+1);
          while(left<=right){
              if(nums[left]*nums[left] < nums[right]*nums[right]){
                  res[ptr_index] = nums[right]*nums[right];
                  --right;
              }else{
                  res[ptr_index] = nums[left]*nums[left];
                  ++left;
              }
              --ptr_index;
          }
          return res;
      }
  };
  

• 此时的时间复杂度为O(n)，相对于暴力排序的解法O(n + nlog n)还是提升不少的。

题目：长度最小的子数组

• 给定一个含有 n 个正整数的数组和一个正整数 target 。找出该数组中满足其和 ≥ target 的长度最小的 连续子数组 [numsl, numsl+1, ..., numsr-1, numsr] ，并返回其长度。如果不存在符合条件的子数组，返回 0 。

题解

• 这道题目暴力解法当然是 两个for循环，然后不断的寻找符合条件的子序列，时间复杂度很明显是 $O(n^2)$。接下来就开始介绍数组操作中另一个重要的方法：滑动窗口。代码随想录 (programmercarl.com)

• 所谓滑动窗口，就是不断的调节子序列的起始位置和终止位置，从而得出我们要想的结果。在暴力解法中，是一个for循环滑动窗口的起始位置，一个for循环为滑动窗口的终止位置，用两个for循环 完成了一个不断搜索区间的过程。 那么滑动窗口如何用一个for循环来完成这个操作呢？如果只用一个for循环来表示 滑动窗口的起始位置，那么如何遍历剩下的终止位置？

• 只用一个for循环，那么这个循环的索引，一定是表示 滑动窗口的终止位置。

• 在本题中实现滑动窗口，主要确定如下三点：

  • 窗口内是什么？（窗口就是 满足其和 ≥ s 的长度最小的 连续 子数组）

  • 如何移动窗口的起始位置？(如果当前窗口的值大于s了，窗口就要向前移动了)

  • 如何移动窗口的结束位置？(窗口的结束位置就是遍历数组的指针，也就是for循环里的索引)

• 可以发现滑动窗口的精妙之处在于根据当前子序列和大小的情况，不断调节子序列的起始位置。从而将 $O(n^2)$ 暴力解法降为O(n)。

• 不要以为for里放一个while就以为是 $O(n^2)$ 啊， 主要是看每一个元素被操作的次数，每个元素在滑动窗后进来操作一次，出去操作一次，每个元素都是被操作两次，所以时间复杂度是 2 × n 也就是O(n)。

• class Solution {
  public:
      int minSubArrayLen(int target, vector<int>& nums) {
          int len_nums = nums.size();
          int sum = 0;
          int start_index = 0,sub_len=len_nums+3;
          for(int i = 0;i<len_nums;i++){
              sum += nums[i];
              while(sum>=target){
                  sub_len = min(sub_len,i-start_index+1);
                  sum -= nums[start_index];
                  start_index++;
              }
          }
          return sub_len>len_nums?0:sub_len;
      }
  };
  

题目：螺旋矩阵 II

• 给你一个正整数 n ，生成一个包含 1 到 n2 所有元素，且元素按顺时针顺序螺旋排列的 n x n 正方形矩阵 matrix 。

题解

• 本题并不涉及到什么算法，就是模拟过程，但却十分考察对代码的掌控能力。模拟矩阵的生成。按照要求，初始位置设为矩阵的左上角，初始方向设为向右。若下一步的位置超出矩阵边界，或者是之前访问过的位置，则顺时针旋转，进入下一个方向。如此反复直至填入 $n^2$ 个元素。求解本题要坚持循环不变量原则。模拟顺时针画矩阵的过程:

  • 填充上行从左到右

  • 填充右列从上到下

  • 填充下行从右到左

  • 填充左列从下到上

• 由外向内一圈一圈这么画下去。这里一圈下来，我们要画每四条边，这四条边怎么画，每画一条边都要坚持一致的左闭右开，或者左开右闭的原则，这样这一圈才能按照统一的规则画下来。

• class Solution {
  public:
      vector<vector<int>> generateMatrix(int n) {
          vector<vector<int>> res(n,vector<int>(n,0));
          int startx=0,starty=0;
          int cirle = n/2;
          int offset=1;
          int count=1;
          int i,j;
          while(cirle--){
              i=startx;
              j=starty;
              for(j=starty;j<n-offset;j++){
                  res[startx][j] = count++;
              }
              for(i=startx;i<n-offset;i++){
                  res[i][j]=count++;
              }
              for(;j>starty;j--){
                  res[i][j]=count++;
              }
              for(;i>startx;i--){
                  res[i][j]=count++;
              }
              startx++;
              starty++;
              offset++;
          }
          if(n%2){
              res[startx][starty]=count++;
          }
          return res;
      }
  };
  

C++ STL 四种智能指针

• C++ 标准模板库 STL（Standard Template Library） 一共给我们提供了四种智能指针：auto_ptr、unique_ptr、shared_ptr 和 weak_ptr，其中 auto_ptr 是 C++98 提出的，C++11 已将其摒弃，并提出了 unique_ptr 替代 auto_ptr。虽然 auto_ptr 已被摒弃，但在实际项目中仍可使用，但建议使用更加安全的 unique_ptr。shared_ptr 和 weak_ptr 则是 C++11 从准标准库 Boost 中引入的两种智能指针。此外，Boost 库还提出了 boost::scoped_ptr、boost::scoped_array、boost::intrusive_ptr 等智能指针，虽然尚未得到 C++ 标准采纳，但是在开发实践中可以使用C++ STL 四种智能指针_c++智能指针_恋喵大鲤鱼的博客-CSDN博客。

• C++ 智能指针底层是采用引用计数的方式实现的。智能指针在申请堆内存空间的同时，会为其配备一个整形值（初始值为 1），每当有新对象使用此堆内存时，该整形值 +1；反之，每当使用此堆内存的对象被释放时，该整形值减 1。当堆空间对应的整形值为 0 时，即表明不再有对象使用它，该堆空间就会被释放掉。

• 每种智能指针都是以类模板的方式实现的，shared_ptr 也不例外。shared_ptr（其中 T 表示指针指向的具体数据类型）的定义位于头文件，并位于 std 命名空间中，因此在使用该类型指针时，程序中应包含如下 2 行代码：

  • #include 
    using namespace std;
    

unique_ptr

• 作为智能指针的一种，unique_ptr 指针自然也具备“在适当时机自动释放堆内存空间”的能力。和 shared_ptr 指针最大的不同之处在于，unique_ptr 指针指向的堆内存无法同其它 unique_ptr 共享，也就是说，每个 unique_ptr 指针都独自拥有对其所指堆内存空间的所有权。

• 这也就意味着，每个 unique_ptr 指针指向的堆内存空间的引用计数，都只能为 1，一旦该 unique_ptr 指针放弃对所指堆内存空间的所有权，则该空间会被立即释放回收。

• 创建空的 unique_ptr 指针

  • std::unique_ptr<int> p1();
    std::unique_ptr<int> p2(nullptr);
    

• 构建 unique_ptr 智能指针并初始化确定数据

  • std::unique_ptr<int> p3(new int);
    

• 基于 unique_ptr 类型指针不共享各自拥有的堆内存，因此 C++11 标准中的 unique_ptr 模板类没有提供拷贝构造函数，只提供了移动构造函数。例如：

  • std::unique_ptr<int> p4(new int);
    std::unique_ptr<int> p5(p4);//错误，堆内存不共享
    std::unique_ptr<int> p5(std::move(p4));//正确，调用移动构造 函 数 
    //值得一提的是，对于调用移动构造函数的 p4 和 p5 来说，
    //p5 将获取 p4 所指堆空间的所有权，而 p4 将变成空指针（nullptr）。
    

• 默认情况下，unique_ptr 指针采用 std::default_delete 方法释放堆内存。也可自定义释放规则。和 shared_ptr 指针不同， unique_ptr 自定义释放规则只能采用函数对象的方式。

shared_ptr

• 值得一提的是，和 unique_ptr、weak_ptr 不同之处在于，多个 shared_ptr 智能指针可以共同使用同一块堆内存。并且，由于该类型智能指针在实现上采用的是引用计数机制，即便有一个 shared_ptr 指针放弃了堆内存的“使用权”（引用计数减 1），也不会影响其他指向同一堆内存的 shared_ptr 指针（只有引用计数为 0 时，堆内存才会被自动释放）。

• 构造 shared_ptr 类型的空智能指针

  • std::shared_ptr<int> p1; //不传入任何实
    std::shared_ptr<int> p2(nullptr); //传入空指针 nullptr
    

• 构建 shared_ptr 智能指针并初始化确定数据

  • std::shared_ptr<int> p3(new int(10));
    std::shared_ptr<int> p3 = std::make_shared<int>(10);
    //调用拷贝构造函数
    std::shared_ptr<int> p4(p3);//或者 std::shared_ptr p4 = p3;
     //调用移动构造函数
    std::shared_ptr<int> p5(std::move(p4)); //或者 
     std::shared_ptr<int> p5 = std::move(p4);
    

• 如上所示，p3 和 p4 都是 shared_ptr 类型的智能指针，因此可以用 p3 来初始化 p4，由于 p3 是左值，因此会调用拷贝构造函数。需要注意的是，如果 p3 为空智能指针，则 p4 也为空智能指针，其引用计数初始值为 0；反之，则表明 p4 和 p3 指向同一块堆内存，同时该堆空间的引用计数会加 1。而对于 std::move(p4) 来说，该函数会强制将 p4 转换成对应的右值，因此初始化 p5 调用的是移动构造函数。另外和调用拷贝构造函数不同，用 std::move(p4) 初始化 p5，会使得 p5 拥有了 p4 的堆内存，而 p4 则变成了空智能指针。

• 注意：一普通指针不能同时为多个 shared_ptr 对象赋值，否则会导致程序发生异常。例如：

  • int* ptr = new int;
    std::shared_ptr<int> p1(ptr);
    std::shared_ptr<int> p2(ptr);//错误
    

• 初始化 shared_ptr 智能指针时，可自定义堆内存的释放规则，当堆内存的引用计数为 0 时，会优先调用自定义的释放规则。

  • //指定 default_delete 作为释放规则
    std::shared_ptr<int> p6(new int[10], std::default_delete<int[]>());
    //自定义释放规则
    void deleteInt(int*p) {
     delete []p;
    }
    //初始化智能指针，并自定义释放规则
    std::shared_ptr<int> p7(new int[10], deleteInt);
    

weak_ptr

• C++11标准虽然将 weak_ptr 定位为智能指针的一种，但该类型指针通常不单独使用（没有实际用处），只能和 shared_ptr 类型指针搭配使用。甚至于，我们可以将 weak_ptr 类型指针视为 shared_ptr 指针的一种辅助工具，借助 weak_ptr 类型指针， 我们可以获取 shared_ptr 指针的一些状态信息，比如有多少指向相同的 shared_ptr 指针、shared_ptr 指针指向的堆内存是否已经被释放等等。

• 需要注意的是，当 weak_ptr 类型指针的指向和某一 shared_ptr 指针相同时，weak_ptr 指针并不会使所指堆内存的引用计数加 1；同样，当 weak_ptr 指针被释放时，之前所指堆内存的引用计数也不会因此而减 1。也就是说，weak_ptr 类型指针并不会影响所指堆内存空间的引用计数。

std::unique_ptr：内存的所有者或者说管理者必须是唯一的。如果进入不同的模块或者调用者，那么执行所有权转移。

std::shared_ptr: 内存由多个指针变量共同使用，共同拥有内存的所有权。但是必须杜绝循环拷贝！

std::weak_ptr: 对内存的使用仅仅是访问而已，不涉及其生命周期的管理。
1。也就是说，weak_ptr 类型指针并不会影响所指堆内存空间的引用计数。