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PKU C++程序设计实习 学习笔记6 标准模板库STL

时间:2015-05-10 12:59:38      阅读:199      评论:0      收藏:0      [点我收藏+]

标签:stl   标准模板库   泛型   迭代器   容器   

标准模板库STL

8.1 STL概述

1.泛型程序设计

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

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。

2.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。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    array和array+70即是迭代器

3.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:

  • 顺序容器
        vector,deque  双向队列,list  双向链表
  • 关联容器
        set,multiset,map,multimap
  • 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

4.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<vector>

  • 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)。 但是当存储空间不够时,需要开辟新空间,把原来的元素拷过来后再插入,时间复杂度则是O(n)。
  • 在头部或中部插入或删除元素时间复杂度是O(n),因为需要移动元素。

deque 头文件 <deque>

  • 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)。
         次于vector的原因是,它是双向队列,计算元素地址时需要判断是否超出末尾然后减去长度。
  • 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 <list>

  • 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。

5.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>
        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>
        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。

6.容器适配器简介

  • stack
        栈。后进先出。   头文件 <stack>
  • queue
        队列。先进先出。    头文件 <queue>
  • priority_queue
        优先级队列。优先级最高的元素总是位于队首。    头文件 <queue>

7.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

8.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

9.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。

常用两种迭代器:双向迭代器和随机访问迭代器。

10.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

11.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

8.2 STL概述续

1.容器上的迭代器

容器                      容器上的迭代器类别
vector                     随机访问
deque                    随机访问
list                           双向
set/multiset            双向
map/multimap      双向
stack                       不支持迭代器
queue                    不支持迭代器
priority_queue     不支持迭代器

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!

list 的迭代器是双向迭代器,
正确的遍历list的方法:
list<int> v;
list<int>::const_iterator ii;
for( ii = v.begin(); ii != v.end ();++ii )
  cout << * ii;       //用的是解引用方式取元素。循环的判断条件是!=
错误的做法:
for( ii = v.begin(); ii < v.end ();ii ++ )
  cout << * ii;
//双向迭代器不支持 <,list没有 [] 成员函数
for(int i = 0;i < v.size() ; i ++)
  cout << v[i]; 
可以看到,list 的迭代器是双向迭代器,不支持 < 操作,没有 [ ] 成员函数。

2.算法简介

  • 算法就是一个个函数模板,大多数在<algorithm> 中定义
  • 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

3.算法示例:find()

声明:(不同编译器可能不一样,这里给出 Dev C++ 中的声明)
template<class InIt, class T>
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
#include <vector>
#include <algorithm>
#include <iostream>
using namespace std;
int main() { //find算法示例
  int array[10] = {10,20,30,40};
  vector<int> v;
  v.push_back(1); v.push_back(2);
  v.push_back(3); v.push_back(4);
  vector<int>::iterator p;
  p = find(v.begin(),v.end(),3);
  if( p != v.end())
    cout << * p << endl; //输出3
  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())     //没有找到,p则为v.end()-2,指向3
    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

4.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<y”为真
        3) y比x大

5.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……(关联容器就是用来查找的,自身带有成员函数find,你不能用find算法或其他的binary_search算法去查找关联容器)

6.STL中“相等” 概念演示

#include <iostream>
#include <algorithm>
using namespace std;
class A {
  int v;
  public:
    A(int n):v(n) { }
    bool operator< ( const A & a2) const
    {
      cout << v << "<" << a2.v << "?" << endl;
      return false;
    }
    bool operator ==(const A & a2) const
    {
      cout << v << "==" << a2.v << "?" << endl;
      return v == a2.v;
    }
};
int main()
{
  A a [] = { A(1),A(2),A(3),A(4),A(5) };
  cout << binary_search(a,a+4,A(9)); //折半查找
  return 0;
}
//输出结果:
3<9?
2<9?
1<9?
9<1? 
1
这里可以看到,binary_search调用的是 < 操作符,没有使用 == 操作符。这样在查找中的相当概念即是“x小于y和y小于x同时为假”


PKU C++程序设计实习 学习笔记6 标准模板库STL

标签:stl   标准模板库   泛型   迭代器   容器   

原文地址:http://blog.csdn.net/buxizhizhou530/article/details/45619363

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