C++学习笔记（三十八）——STL之修改算法

STL 算法分类：

类别	常见算法	作用
排序	sort、stable_sort、partial_sort、nth_element等	排序
搜索	find、find_if、count、count_if、binary_search等	查找元素
修改	copy、replace、replace_if、swap、fill等	修改容器内容
删除	remove、remove_if、unique等	删除元素
归约	for_each、accumulate等	处理数据
合并	merge、set_union、set_intersection等	处理有序序列
排列组合	next_permutation、prev_permutation等	生成排列
堆操作	push_heap、pop_heap、make_heap、sort_heap等	处理堆

STL 修改算法

在 C++ 标准库（STL）中，修改算法可以在容器中应用特定的操作，如修改元素的值、替换值、插入新元素等。
修改算法通常返回容器的迭代器，指示修改的位置或结果。

算法名称	功能描述	时间复杂度	空间复杂度	适用场景
fill	用指定的值填充容器中的所有元素	O(n)	O(1)	填充容器的所有元素
fill_n	用指定的值填充容器中的部分元素	O(n)	O(1)	填充容器的部分元素
copy	将一个范围内的元素复制到另一个范围中	O(n)	O(1)	将容器中的元素复制到另一个容器
swap	交换两个元素的值	O(1)	O(1)	交换两个元素或两个容器的内容
replace	替换容器中所有指定值的元素	O(n)	O(1)	替换容器中的指定值
replace_if	替换容器中所有满足条件的元素	O(n)	O(1)	根据条件替换容器中的元素
transform	对容器中每个元素应用操作并存储结果	O(n)	O(1)	对容器中每个元素进行变换
rotate	将给定范围内的元素旋转指定次数	O(n)	O(1)	容器中元素的旋转操作

（1）fill

• 功能：用指定的值填充容器中的所有元素。
• 时间复杂度：O(n)，其中 n 是容器的元素数量。
• 空间复杂度：O(1)，原地操作。

示例：

#include 
using namespace std;
#include 
#include 

int main() {
    vector<int> vec(5, 0);  // 初始化为5个0
    fill(vec.begin(), vec.end(), 10);  // 将所有元素修改为10

    for (int x : vec)
    {
        cout << x << " ";  // 输出：10 10 10 10 10
    }
    cout << endl;

    system("pause");
    return 0;
}

注意：

• fill适用于，当需要用相同的值填充整个容器时。

（2）fill_n

• 功能：从指定位置开始填充指定数量的元素为给定值。
• 时间复杂度：O(n)，其中 n 是填充的元素数量。
• 空间复杂度：O(1)，原地操作。

示例：

#include 
using namespace std;
#include 
#include 

int main() {
    vector<int> vec(5, 0);
    fill_n(vec.begin(), 3, 10);  // 将前3个元素填充为10

    for (int x : vec)
    {
        cout << x << " ";  // 输出：10 10 10 0 0
    }
    cout << endl;

    system("pause");
    return 0;
}

注意：

• fill_n适用于，当需要填充容器的部分元素时。

（3）copy

• 功能：将一个范围内的元素复制到另一个范围中。
• 时间复杂度：O(n)，其中 n 是源范围中的元素数量。
• 空间复杂度：O(1)，原地操作。

示例：

#include 
using namespace std;
#include 
#include 

int main() {
    vector<int> src = { 1, 2, 3, 4, 5 };
    vector<int> dest(5);

    // 将 src 中的元素复制到 dest 中
    copy(src.begin(), src.end(), dest.begin());

    cout << "复制的vector: ";
    for (int val : dest) 
    {
        cout << val << " ";
    }
    cout << endl;

    system("pause");
    return 0;
}

注意：

• copy用于将一个容器中的元素复制到另一个容器，或从一个容器复制到数组等。

（4）swap

• 功能：交换两个变量或容器中的元素。
• 时间复杂度：O(1)，它直接交换两个元素，不涉及其他复杂操作。
• 空间复杂度：O(1)，原地操作。

示例：

#include 
using namespace std;
#include 

int main() {
    int a = 5, b = 10;

    // 交换 a 和 b 的值
    swap(a, b);

    cout << "a = " << a << ", b = " << b << endl;

    system("pause");
    return 0;
}

注意：

• swap适用于，当需要交换两个元素或两个容器的内容时。

（5）replace

• 功能：将容器中所有等于指定值的元素替换为新值。
• 时间复杂度：O(n)，其中 n 是容器的元素数量。
• 空间复杂度：O(1)，原地操作。

示例：

#include 
using namespace std;
#include 
#include 

int main() {
    vector<int> vec = { 1, 2, 3, 2, 5 };
    replace(vec.begin(), vec.end(), 2, 10);  // 将所有2替换为10

    for (int x : vec)
    {
        cout << x << " ";  // 输出：1 10 3 10 5
    }
    cout << endl;

    system("pause");
    return 0;
}

注意：

• replace适用于，当需要将容器中的指定值替换为其他值时。

（6）replace_if

• 功能：将容器中所有满足条件的元素替换为新值。
• 时间复杂度：O(n)，其中 n 是容器的元素数量。
• 空间复杂度：O(1)，原地操作。

示例：

#include 
using namespace std;
#include 
#include 

bool is_odd(int n)
{
    return n % 2 != 0;
}

int main() {
    vector<int> vec = { 1, 2, 3, 4, 5 };
    replace_if(vec.begin(), vec.end(), is_odd, 10);  // 将所有奇数替换为10

    for (int x : vec)
    {
        cout << x << " ";  // 输出：10 2 10 4 10
    }
    cout << endl;

    system("pause");
    return 0;
}

注意：

• replace_if适用于，当需要根据某种条件替换容器中元素时。

（7）transform

• 功能：对容器中的每个元素应用指定的操作，并将结果存储到目标容器中。
• 时间复杂度：O(n)，其中 n 是容器的元素数量。
• 空间复杂度：O(1)。

示例：

#include 
using namespace std;
#include 
#include 

int square(int n)
{
    return n * n;
}

int main() {
    vector<int> vec = { 1, 2, 3, 4, 5 };
    vector<int> result(vec.size());

    transform(vec.begin(), vec.end(), result.begin(), square);

    for (int x : result)
    {
        cout << x << " ";  // 输出：1 4 9 16 25
    }
    cout << endl;

    system("pause");
    return 0;
}

注意：

• transform适用于，当需要对容器中的每个元素进行某些变换时。

（8）rotate

• 功能：将范围内的元素旋转指定次数（左旋/循环左移）。
• 时间复杂度：O(n)，其中 n 是范围中的元素数量。
• 空间复杂度：O(1)，原地操作。

示例：

#include 
#include   // std::rotate
#include 

int main() {
    std::vector<int> vec = {1, 2, 3, 4, 5};

    // 将 vec 中的元素旋转 2 次
    std::rotate(vec.begin(), vec.begin() + 2, vec.end());

    std::cout << "Rotated vector: ";
    for (int val : vec) {
        std::cout << val << " ";
    }
    std::cout << std::endl;

    return 0;
}

注意：

• rotate适用于，当需要将容器中的元素旋转时。