C++ 迭代器与常用算法

C++ 迭代器与常用算法

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一、迭代器（Iterator）

1. 核心概念

   • 泛化指针，提供类似指针的操作（++, *, ->）
   • 统一不同容器的访问方式，实现算法与容器的解耦
   • 分类（功能由弱到强）：
     • 输入迭代器（只读）
     • 输出迭代器（只写）
     • 正向迭代器（单向遍历）
     • 双向迭代器（支持双向移动）
     • 随机访问迭代器（支持跳跃访问）

2. 关键特性

   cpp

   vector<int>::iterator it;  // 随机访问迭代器
   list<int>::iterator lit;   // 双向迭代器
   

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二、STL 算法分类

类别	说明	头文件
非可变序列算法	不修改容器内容（如查找、统计）
可变序列算法	修改容器内容（如排序、替换）
排序与搜索算法	排序、二分查找、集合操作
数值算法	数值计算（如累加、内积）

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三、核心算法详解

1. 查找算法

算法	功能说明	示例代码片段
count	统计等于指定值的元素个数	count(vec.begin(), vec.end(), 5)
count_if	统计满足条件的元素个数	count_if(vec.begin(), vec.end(), [](int x){return x>3;})
binary_search	有序序列中二分查找	binary_search(arr, arr+size, 4)
find	返回第一个匹配元素的迭代器	auto it = find(vec.begin(), vec.end(), 3);

注意：binary_search 要求输入序列已排序。

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2. 排序算法

算法	特性说明	使用场景示例
sort	快速排序（默认升序）	sort(vec.begin(), vec.end());
stable_sort	稳定排序（保持相等元素顺序）	stable_sort(vec.begin(), vec.end(), greater());
nth_element	快速选择第n小元素	nth_element(vec.begin(), vec.begin()+5, vec.end());
partial_sort	部分排序前N个元素	partial_sort(vec.begin(), vec.begin()+3, vec.end());

自定义排序规则：

cpp

// 降序排列
sort(vec.begin(), vec.end(), [](int a, int b){return a > b;});

// 使用标准库比较函数
sort(vec.begin(), vec.end(), greater<int>());

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3. 删除与替换算法

算法	关键特性	注意事项
remove	逻辑删除（需配合erase物理删除）	vec.erase(remove(vec.begin(), vec.end(), 3), vec.end());
replace	替换指定值	replace(vec.begin(), vec.end(), 2, 99);
unique	去重相邻重复元素（需先排序）	auto last = unique(vec.begin(), vec.end());
swap	交换两个容器内容	swap(vec1, vec2);

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4. 关系算法

算法	功能说明	示例代码
equal	比较两个序列是否相等	equal(vec1.begin(), vec1.end(), vec2.begin());
max_element	返回最大元素的迭代器	auto max_it = max_element(vec.begin(), vec.end());
mismatch	查找首个不匹配元素对	auto p = mismatch(vec1.begin(), vec1.end(), vec2.begin());

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5. 遍历算法 for_each

核心用法：

cpp

// 使用函数对象
struct Printer {
    void operator()(int x) const { cout << x << " "; }
};
for_each(vec.begin(), vec.end(), Printer());

// 使用Lambda表达式（C++11+）
for_each(vec.begin(), vec.end(), [](int x){cout << x << " ";});

特性：

• 不可修改元素（除非传递引用）
• 适用于所有提供迭代器的容器

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四、最佳实践总结

1. 迭代器失效：在修改容器时（如erase），注意迭代器可能失效。

算法选择

：

• 需要稳定性 → stable_sort
• 部分排序 → partial_sort/nth_element

性能考虑

：

• sort 对小数据量使用插入排序，大数据量使用快速排序
• remove 系列算法只逻辑删除，需配合erase

C++11+优化

：

• 优先使用Lambda表达式替代函数对象
• 使用auto简化迭代器声明

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附：常用头文件

cpp

#include   // 大多数算法
#include     // 数值算法（accumulate, inner_product）
#include  // 函数对象（greater, less）