C++ --STL

STL

  • STL(Standard Template Library,标准模板库)
  • STL从广义上分为:
    • 容器(container)
    • 算法 (algorithm)
    • 迭代器 (iterator)
  • 容器 算法之间通过迭代器进行无缝连接。
  • STL几乎所有的代码都采用模板类或者模板函数

1、STL六大组件

STL大体分为六大组件,分别是:容器算法迭代器仿函数适配器(配接器)空间配置器

  1. 容器:各种数据结构,如vector、list、deque、set、map等,用来存放数据
  2. 算法:各种常用的算法,如sort、find、copy、for_each等
  3. 迭代器:扮演了容器与算法之间的胶合剂
  4. 仿函数:行为类似函数,可作为算法的某种策略
  5. 适配器:一种用来修饰容器或仿函数或迭代器接口的东西
  6. 空间适配器:负责空间的配置与管理

2、STL中容器、算法、迭代器

容器:放置东西用的。

STL容器就是将运用最广泛的一些数据结构实现出来

常用的数据结构:数组,链表,树,栈,队列,集合,映射表等。

这些容器分为 序列式容器关联式容器两种:

  1. 序列式容器:
    • 强调值的排序,序列式容器中的每个元素均有固定的位置。
  2. 关联式容器:
    • 二叉树结构,各元素之间没有严格的物理上的顺序关系

算法:解决问题的解法

有限的步骤,解决逻辑或数学上的问题,这就叫做算法(algorithm)

算法分为:质变算法非质变算法

  1. 质变算法:
    • 是指运算过程中会更改区间内的元素的内容。
    • 例如:拷贝替换删除等等
  2. 非质变算法:
    • 是指运算过程中不会更改区间内的元素内容。
    • 例如:查找计数遍历寻找极值等等

迭代器:容器和算法之间的粘合剂

提供一种方法,使能够依次按照顺序寻访某个容器所含的各个元素,而又无需暴露该容器的内部表示方法。

每个容器都有自己专属的迭代器

迭代器使用非常类似于指针,初学阶段我们可以先理解迭代器为指针。

迭代器种类:

种类 功能 支持运算
输入迭代器 对数据的只读访问 只读,支持++、==、!=
输出迭代器 对数据的只写访问 只写,支持++
前向迭代器 读写操作,并能向前推进迭代器 读写,支持++、==、!=
双向迭代器 读写操作,并能向前和向后操作 读写,支持++、–
随机访问迭代器 读写操作,可以以跳跃的方式访问任意数据,功能最强的迭代器 读写,支持++、–、[n]、-n、<、<=、>、>=

常用的容器中迭代器种类分为双向迭代器和随机访问迭代器

3、容器算法迭代器初识

3.1、 vector存放内置数据类型

容器:vector

算法:for_each

迭代器: vector::iterator

*it 的数据类型只需要看vector 的尖括号里面内容 例如这里面就是int型

示例:

#include
using namespace std;
#include
#include
//vector 容器存放内置的数据类型

void myPrint(int val) {
	cout << val << endl;
}

void test01() {
	//创建容器,数组
	vector v;

	//插入数据-尾插
	v.push_back(10);
	v.push_back(20);
	v.push_back(30);
	v.push_back(40);
	v.push_back(50);

	//通过迭代器访问容器中的数据
	vector::iterator itBegin = v.begin(); //起始迭代器,指向容器中第一个元素
	vector::iterator itEnd = v.end(); //结束迭代器,指向容器中最后一个元素的下一个元素

	//第一种遍历方式
	while (itBegin!=itEnd)
	{
		cout << *itBegin << endl;
		itBegin++;
	}

	//第二种方式(常用)
	cout << "第二种" << endl;
	for (vector::iterator it = v.begin(); it != v.end(); it++) {
		cout << *it << endl;
	}

	//第三种方式(算法)
	cout << "第三种" << endl;
	//底层原理,就是利用一个for循环输出,输出方式是调用我们给定的函数(回调函数)
	for_each(v.begin(), v.end(), myPrint);
}

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3.2、Vector存放自定义数据类型

示例:

#include
#include
#include
using namespace std;

//vector容器中存放自定义数据类型
class Person {
public:
	Person(string name, int age) {
		this->m_Name = name;
		this->m_Age = age;
	}

	string m_Name;
	int m_Age;
};

void test01() {
	vector v;
	Person p1("a",10);
	Person p2("b",20);
	Person p3("c",30);
	Person p4("d",40);
	Person p5("e",50);

	//添加数据
	v.push_back(p1);
	v.push_back(p2);
	v.push_back(p3);
	v.push_back(p4);
	v.push_back(p5);

	//遍历数据
	for (vector::iterator it = v.begin(); it != v.end(); it++) {
		cout << "姓名:" << (*it).m_Name <<" 年龄:"<<(*it).m_Age << endl;
		cout << "姓名:" << it->m_Name <<" 年龄:"<m_Age << endl;

	}
}

//存放自定义数据类型 指针
void test02() {
	vector v;
	Person p1("a", 10);
	Person p2("b", 20);
	Person p3("c", 30);
	Person p4("d", 40);
	Person p5("e", 50);

	//添加数据
	v.push_back(&p1);
	v.push_back(&p2);
	v.push_back(&p3);
	v.push_back(&p4);
	v.push_back(&p5);

	for (vector::iterator it = v.begin(); it != v.end(); it++) {
		cout << "姓名:" << (*it)->m_Name << "年龄:" << (*it)->m_Age << endl;
	}
}

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3.3、Vector容器嵌套容器

#include
using namespace std;
#include

//容器嵌套容器
void test01() {
	vector> v;

	//创建小容器
	vector v1;
	vector v2;
	vector v3;
	vector v4;

	//向小容器添加数据
	for (int i = 0; i < 4; i++)
	{
		v1.push_back(i + 1);
		v2.push_back(i + 1);
		v3.push_back(i + 1);
		v4.push_back(i + 1);
	}
	//将小容器插入到大容器中
	v.push_back(v1);
	v.push_back(v2);
	v.push_back(v3);
	v.push_back(v4);

	for (vector>::iterator it = v.begin(); it != v.end(); it++) {
		//(*it)还是个容器还需要遍历
		for(vector::iterator vit = (*it).begin();vit!=(*it).end();vit++){
			cout << *vit <<" ";
		}
		cout << endl;
	}
}

4、常用容器

4.1、string容器

4.1.1、string基本概念

本质

  • string是C++风格的字符串,而string本质上是一个类

string和char * 区别:

  • char * 是一个指针
  • string是一个类,类内部封装了char *,管理这个字符串,是一个char *型的容器

特点:

string类内部封装了许多成员方法

例如:查找find,拷贝copy,删除delete ,替换replace,插入insert

string管理char*所分配的内存,不用担心赋值越界和取值越界等,由类内部进行负责

4.1.2、string构造函数

构造函数原型

  • string(); //创建一个空的字符串 例如:string str;
  • string(const char *s) //使用字符串s初始化
  • string(const string &str)//使用一个string对象初始化另一个string对象
  • string(int n,char c); //使用n个字符c初始化

示例:

#include
#include
using namespace std;

void test01() {
	string s1;//默认构造
	const char* str = "hello world";
	string s2(str);
	
	cout << "s2 = " << s2 << endl;

	string s3(s2);
	cout << "s2 = " << s3 << endl;

	string s4(10, 'a');
	cout << "s4 = " << s4 << endl;
}

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4.1.3、string赋值操作

功能描述:

  • 给string字符串进行赋值操作

赋值的函数原型:

  • string & operator=(const char * s); //char *类型字符串 赋值给当前的字符串
  • string & operator=(const string* s) //把字符串s赋给当前的字符串
  • string & operator=(char c) //把字符串值赋给当前的字符串
  • string & assign(const char *s) //把字符串s赋给当前的字符串
  • string & assign(const char * s,int n) //把字符串s的前N个字符赋给当前的字符串
  • string & assign(const string &s); //把字符串S赋给当前字符串
  • string & assign(int n ,char c) //用n个字符c赋给当前字符串
void test01() {
	string str1;
	str1 = "hello";
	cout << "str1" << str1 << endl;

	string str2;
	str2 = str1;
	cout << "str2" << str1 << endl;

	string str3;
	str3 = 'a';
	cout << "str3" << str3 << endl;

	string str4;
	str4.assign("hello c++");
	cout << "str4" << str4 << endl;

	string str5;
	str5.assign("hello", 3);
	cout << "str5" << str5 << endl;

	string str6;
	str6.assign(str5);
	cout << "str6" << str6 << endl;

	string str7;
	str7.assign(7,'w');
	cout << "str7" << str7 << endl;

}

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4.1.4、string字符串拼接

功能描述:

  • 实现字符串末尾拼接字符串

函数原型:

  • string & operator+=(const char * str); //重载+=操作符
  • string & operator+=(const char c); //重载+=操作符
  • string & operator+=(const string & str); //重载+=操作符
  • string & append(const char *s);//把字符串s连接到当前字符串结尾
  • string & append(const char *s,int n);//把字符串s的前n个字符连接到当前字符串结尾
  • string & append(const string &s);//同operator+=(const string & str);
  • string & append(const string &s,int pos,int n);//从字符串s中从pos开始的n个字符连接到字符串结尾
void test01() {
	string str1 = "我";

	str1 += "爱玩游戏";
	cout << "str1的值:" << str1 << endl;

	str1 += ':';
	cout << "str1的值:" << str1 << endl;

	string str2 = "csgo";
	str1 += str2;
	cout << "str1的值:" << str1 << endl;

	str1.append("、");
	cout << "str1的值:" << str1 << endl;

	str1.append("lol,cf", 4);
	cout << "str1的值:" << str1 << endl;

	str1.append(str2);
	cout << "str1的值:" << str1 << endl;

	str1.append("string字符串拼接", 5, 11);
	cout << "str1的值:" << str1 << endl;
}

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4.2、vector容器

  • 作用类似于数组

4.3、deque容器

  • 双端数据,可以对头端进行插入删除操作

deque与vector区别

  1. vector对于头部的插入删除效率低,数据量越大,效率越低
  2. deque相对而言,对头部的插入删除速度会比vector快
  3. vector访问元素时速度会比deque快,这和两者的内部实现有关

deque内部工作原理:

deque内部有个中控器,维护每段缓冲区 中的内容,缓冲区中存放真实数据。中控器维护的是每个缓冲区的地址,使得使用deque时像一片连续的内存空间

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4.4、stack容器

  • stack是一种先进后出(First In Last Out,FILO)的数据结构,它只有一个出口

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栈中只有顶端的元素才可以被外界使用,因此栈不允许有遍历行为

4.5、queue容器

概念:Queue是一种先进先出(First In First Out,FIFO)的数据结构,它有两个出口

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  1. 队列容器允许从一端新增元素,从另一端移除元素
  2. 队列中只有队头和队尾才可以被外界使用,因此队列不允许有遍历行为
  3. 队列中进数据称为 – 入队 push
  4. 队列中出数据称为 – 出队 pop

4.6、list容器

功能:将数据进行链式存储

链表:(list)是一种物理存储单元上非连续的存储结构,数据元素的逻辑顺序是通过链表中的指针链接实现的

链表的组成:链表由一系列节点组成

节点的组成:一个是存放数据元素的数据域,另一个是存储下一个节点地址的指针域

STL中的链表是一个双向循环链表

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这里的第一个节点的前一个节点指向最后一个,最后一个的后一个节点指向第一个节点

由于链表的存储方式并不是连续的内存空间,因此链表list中的迭代器只能支持前进和后移,属于双向迭代器

list的优点:

  • 采用动态存储分配,不会造成内存浪费和溢出
  • 链表执行插入和删除操作十分方便,修改指针即可,不需要移动大量元素

list的缺点:

  • 链表灵活,但是空间(指针域)和时间(遍历)额外消耗较大

list一个重要性质,插入或删除一个节点,都不会造成原有的list迭代器的失效,这在vector是不成立的

4.7、set/multiset容器

简介:所有元素都会在插入时自动被排序

本质:set/multiset属于关联式容器,底层结构是用二叉树实现

set和mulitiset区别:

  • set不允许容器中有重复的元素
  • mulitiset允许容器中有重复的元素

4.8、pair对组创建

  • 成对出现的数据,利用对组可以返回俩个数据

创建方法:

  • pair p (vlaue1,vlaue2);
  • pair p = make_pair(value1,value2)

取值:

  • p.first取第一个 p.second 取第二个

4.9、map/multimap容器

简介:

  • map中所有元素都是pair
  • pair中第一个元素为key(键值),起到索引作用,第二个元素为value(实值)
  • 所有的元素都会根据元素的键值自动排序

本质:

  • map/multimap属于关联式容器,,底层结构都是二叉树实现。

优点:

  • 可以根据key值快速找到value值

map/multimap区别:

  • map不允许容器中有重复key值元素
  • multimap允许容器中有重复key值元素

5、函数对象

概念:

  • 重载函数调用操作符的类,其对象称为函数对象
  • 函数对象使用重载的()时,行为类似函数调用,也叫仿函数

本质:

函数对象(仿函数)是一个类,而不是一个函数

5.1、函数对象使用

特点:

  • 函数对象在使用时,可以像普通函数那样调用,可以有参数,可以有返回值

  • 函数对象超出普通函数的概念,函数对象可以有自己的状态

  • 函数对象可以作为参数传递

示例:

#include
#include
using namespace std;

//1、-函数对象在使用时,可以像普通函数那样调用,可以有参数,可以有返回值
//2、- 函数对象超出普通函数的概念,函数对象可以有自己的状态
//3、- 函数对象可以作为参数传递


class addNum {
public:
	int operator()(int a, int b) {
		return a + b;
	}
};
//1、-函数对象在使用时,可以像普通函数那样调用,可以有参数,可以有返回值
void test01() {
	addNum add;
	int a = add(10, 20);
	cout << "add:" << a << endl;
}

//2、- 函数对象超出普通函数的概念,函数对象可以有自己的状态
class Myprint {
public:
	Myprint() {
		count = 0;
	}
	void operator()(string input) {
		cout << input << endl;
		count++;
	}
	//自己的状态
	int count;
};

void test02() {
	Myprint myPrint;
	myPrint("test");
	myPrint("test");

	cout << "次数有:" << myPrint.count << endl;
}

//3、- 函数对象可以作为参数传递
void doPrint(Myprint& a, string b) {
	a(b);
}
void test03() {
	Myprint my;
	doPrint(my, "hello");
}

5.2、谓词

概念:

  • 返回bool类型的仿函数称为谓词
  • 如果operator()接受一个参数,那么叫一元谓词
  • 如果operator()接受二个参数,那么叫二元谓词

示例:

一元

//找大于5的数字
class findFive {
public:
	int operator()(int a) {
		if (a>5)
		{
			return a;
		}
	}
};

void test01() {
	vector v;
	for (int i = 0; i < 10; i++)
	{
		v.push_back(i);
	}

	vector::iterator v2 =  find_if(v.begin(), v.end(), findFive());
	if (v2 ==v.end())
	{
		cout << "no" << endl;
	}
	else {
		cout << "yes" << endl;
	}
}

二元:

class MyCompare
{
public:
	bool operator()(int num1, int num2) {
		return num1 > num2;
	}
};

void test01() {
	vector v;
	v.push_back(10);
	v.push_back(20);
	v.push_back(30);
	v.push_back(40);

	sort(v.begin(), v.end(),MyCompare());

	for (vector::iterator it = v.begin(); it != v.end(); it++) {
		cout << *it << " ";
	}
	cout << endl;
}

5.3、内建函数对象

概念:

  • STL内建了一些函数对象

分类:

  • 算数仿函数
  • 关系仿函数
  • 逻辑仿函数

用法:

  • 这些仿函数所产生的对象,用法和一般函数完全相同
  • 使用内建函数对象,需要引入头文件
    • #include

5.1.1、算术仿函数

功能描述:

  • 实现四则运算
  • 其中negate是一元运算,其他都是二元运算
#include
#include
using namespace std;
//内建函数对象 算术仿函数

//negate 一元仿函数 取反仿函数
void test01() {
	negate n;
	cout << n(50) << endl;
}


//plus 二元仿函数 加法
void test02() {
	plus p;
	cout << p(10, 20) << endl;
}

5.1.2、关系仿函数

功能描述:

  • 实现关系对比

示例:

#include
#include
#include
#include
using namespace std;

void test01() {
	vector v;
	v.push_back(10);
	v.push_back(30);
	v.push_back(20);
	v.push_back(50);

	for (vector::iterator it = v.begin(); it != v.end(); it++) {
		cout << *it << " ";
	}
	cout << endl;

	//greater() 内建函数
	sort(v.begin(), v.end(), greater());

	for (vector::iterator it = v.begin(); it != v.end(); it++) {
		cout << *it << " ";
	}
	cout << endl;
}

5.1.3、逻辑仿函数

功能:

  • 实现逻辑运算

示例:

#include
#include
#include
#include
using namespace std;
//逻辑非 logical_not

void test01() {
	vector v;
	v.push_back(true);
	v.push_back(false);
	v.push_back(true);
	v.push_back(false);
	for (vector::iterator it = v.begin(); it != v.end(); it++) {
		cout << *it << " ";
	}
	cout << endl;

	//取反 搬到v2中
	vector v2;
	//提前开辟空间
	v2.resize(v.size());
	
	transform(v.begin(), v.end(), v2.begin(), logical_not());

	for (vector::iterator it = v2.begin(); it != v2.end(); it++) {
		cout << *it << " ";
	}
	cout << endl;
}

6、常用算法

概述:

  • 头文件主要由
    • - 范围涉及 比较、交换、查找、遍历操作、复制、修改等等
    • - 定义了一些模版类,用以声明函数对象
    • - 只包括序列上面进行简单数学运算的模板函数

6.1、常用遍历算法

6.1.1、for_each

功能:遍历容器

//提供一个仿函数
class print02 {
public:
	void operator()(int val) {
		cout << val << " ";
	}
};

for_each(v2.begin(), v2.end(), print02());

6.1.2、transform

功能:搬运容器到另一个容器

//提供仿函数,可以修改值
class Transform {
public:
	int operator()(int v) {
		return v +1000;
	}
};

	vector v2;
	v2.resize(v.size());
	transform(v.begin(), v.end(), v2.begin(), Transform());

6.2、常用的查找算法

6.2.1、find

功能描述:查找指定元素,找到返回指定元素的迭代器,找不到返回迭代器end()

#include
#include
#include 
using namespace std;

//find

//内置数据类型
void test01() {
	vector v1;
	for (int i = 0; i < 10; i++)
	{
		v1.push_back(i);
	}

	//for (int i : v1) {
	//	cout << i << endl;
	//}
    vector::iterator it = 	find(v1.begin(), v1.end(), 5);
	if (it==v1.end())
	{
		cout << "没有找到" << endl;	
	}
	else {
		cout << "找到了" << endl;
	}
}

//自定义数据类型
class Person {
public:
	Person(string name, int age) {
		this->m_Name = name;
		this->m_Age = age;
	}
	bool operator==(const Person &p1) {
		if (p1.m_Name==this->m_Name&&p1.m_Age==this->m_Age)
		{
			return true;
		}
		else {
			return false;
		}
	}
	string m_Name;
	int m_Age;
};
void test02() {
	vector v1;
	Person p1("aa", 10);
	Person p2("bb", 20);
	Person p3("cc", 30);
	Person p4("dd", 40);
	Person p5("dd", 40);

	v1.push_back(p1);
	v1.push_back(p2);
	v1.push_back(p3);
	v1.push_back(p4);

    vector::iterator it = find(v1.begin(), v1.end(), p5);
	if (it == v1.end())
	{
		cout << "未找到" << endl;
	}
	else {
		cout << "找到了" << endl;
	}
}

6.2.2、find_if

功能描述:

按照条件查询元素,并返回第一个满足条件的位置的迭代器

6.2.3、adjacent_find

功能描述:

  • 查找相邻重复元素
  • 返回第一个满足条件的迭代器
#include
#include
#include
using namespace std;

void test01() {
	vector v;
	v.push_back(0);
	v.push_back(0);
	v.push_back(1);
	v.push_back(1);
	v.push_back(2);
	v.push_back(0);
	v.push_back(3);
	v.push_back(3);

	vector ::iterator it = adjacent_find(v.begin(), v.end());
	if (it==v.end())
	{
		cout << "没找到" << endl;
	}
	else {
		cout << "找到了" << *it << endl;
	}

}

6.2.4、binary_search

功能描述:

  • 查找指定元素是否存在
  • 必须有序
  • 存在返回true 不存在 false
#include
#include
#include
using namespace std;


void test01() {
	vector v;
	for (int i = 0; i < 10; i++)
	{
		v.push_back(i);
	}

	if (binary_search(v.begin(), v.end(), 10))
	{
		cout << "找到了" << endl;
	}
	else
	{
		cout << "没有" << endl;
	}
}

6.2.5、count

功能描述:

  • 统计元素个数
  • 返回int的数据
void test01() {
	vector v;
	v.push_back(10);
	v.push_back(10);
	v.push_back(30);
	v.push_back(10);
	v.push_back(50);
	int num = count(v.begin(), v.end(), 10);
	cout << num << endl;
}

class Person {
public:
	Person(string name,int age) {
		this->m_Name = name;
		this->m_Age = age;
	}
	//必须重载==号才能对比自定义数据类型
	bool operator==(const Person& a) {
		if (this->m_Name == a.m_Name &&this->m_Age ==a.m_Age)
		{
			return true;
		}
		else {
			return false;
		}
	}
	string m_Name;
	int m_Age;
};

void test02() {
	vector v2;
	Person p1("aa", 10);
	Person p2("aa", 10);
	Person p3("ba", 20);
	Person p4("ca", 30);

	Person p5("aa", 10);

	v2.push_back(p1);
	v2.push_back(p2);
	v2.push_back(p3);
	v2.push_back(p4);

	int num = count(v2.begin(), v2.end(), p5);
	cout << num << endl;
}

6.2.6、count_if

功能描述:

  • 按照条件统计元素个数

6.3、排序算法

6.3.1、sort

功能描述:

  • 对容器内元素进行排序
  • 默认升序
  • 降序需要加greater<>()
sort(v.begin(),v.end(),greater())

6.3.2、random_shuffle

功能描述:

  • 洗牌 指定范围内的元素随机调整次序
random_shuffle(v.begin(),v.end())
    
//可以模拟真实的随机 加一个随机数种子
#include
strand((unsigned)time(NULL));

6.3.4、merge

功能描述:

  • 容器元素合并,并存储到另一个容器
  • 俩个容器都必须有序
//目标容器
vector vTarget;
vTarget,resize(v1.size()+v2.size())
merge(v1.begin(),v1.end(),v2.begin(),v2.end(),vTarget.begin());

6.3.5、reverse

功能描述:

  • 反转指定范围的元素
reverse(v.begin(),v.end());

6.4、拷贝和替换算法

6.4.1、copy

功能描述:

  • 容器内指定范围的元素拷贝到另一个容器中
//新容器
vector v2;
v2.resize(v1.size());
copy(v1.begin(),v1.end(),v2.begin());

6.4.2、replace

功能描述:

  • 将容器内指定范围的旧元素修改为新元素
replace(v.begin(),v.end(),oldValue,newValue);

6.4.3、replace_if

功能描述:

  • 将容器内指定范围满足条件的元素替换为新元素
//_pred规则 
class Greater30{
public:
    bool operator()(int val){
        return val>=30;
    }
}
//_pred 指的就是你自定义的规则
replace(v.begin(),v.end(),_pred,newValue);

6.4.4、swap

功能描述:

  • 互换俩个容器的元素
  • 两个容器必须同等类型
//swap(container c1,container c2);
vector v1;
vector v2;

swap(v1,v2);

6.5、常用算数生成算法

头文件:

#include 

6.5.1、accumulate

功能描述:

  • 计算区间内 容器元素累计总和
//accumulate(iterator beg,iterator end,value);
//value 起始的累加值

accumulate(v.begin(),v.end(),0);

6.5.2、fill

功能描述:

  • 向容器中添加元素
//fill(iterator beg,iterator end,value);
//value 起始的累加值

fill(v.begin(),v.end(),100);

6.6、常用集合算法

注意事项:使用方法前,必须保证容器是有序的

6.6.1、set_intersection

功能描述:

  • 求两个容器的交集
vector vTarget;
vTarget,resize(v1.size()+v2.size());
    
set_intersection(v1.begin(),v1.end(),v2.begin(),v2.end(),vTarget.begin());

6.6.2、set_union

功能描述:

  • 求两个容器的并集
vector vTarget;
vTarget,resize(v1.size()+v2.size());
    
set_union(v1.begin(),v1.end(),v2.begin(),v2.end(),vTarget.begin());

6.6.3、set_difference

功能描述:

  • 求两个容器的差集
vector vTarget;
vTarget,resize(两个容器中较大的容器的大小);
    
set_difference(v1.begin(),v1.end(),v2.begin(),v2.end(),vTarget.begin());

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