【C++】C++提高编程

C++提高编程

本阶段主要针对C++泛型编程和STL技术做详细讲解，探讨C++更深层的使用

1. 模板

1.1 模板的概念

模板就是建立通用的模具，大大提高复用性

模板的特点：

• 模板不可以直接使用，只是一个框架
• 模板的通用并不是万能的

1.2 函数模板

• C++另一种编程思想称为泛型编程，主要利用技术就是模板
• C++提供两种模板机制：函数模板和类模板

1.2.1 函数模板语法

函数模板作用：

建立一个通用函数，其函数返回值类型和形参类型可以不具体制定，用一个虚拟的类型来代替

语法：

template<typename T>
函数声明或定义

解释:

template --- 声明创建模板

typename --- 表明其后面的符号是一种数据类型，可以用class代替

T --- 通用的数据类型，名称可以替换，通常为大写字母

Example：

对于两数交换的函数，不适用模板

void swapInt(int &a, int &b){int temp;temp = a;a = b;b = temp;
}void swapDouble(double &a, double &b){double temp;temp = a;a = b;b = temp;
}

对于使用模板进行交换

template<typename T>
void mySwap(T &a, T &b){T temp;temp = a;a = b;b = temp;
}int main(){int a = 10;int b = 20;//第一种调用方式，让编译器自动推导类型mySwap(a, b);//第二种调用方式，告诉编译器类型mySwap<int>(a, b);return 0;
}

总结:

• 函数模板利用关键字 template
• 使用函数模板有两种方式：自动类型推导、显示指定类型
• 模板的目的是为了提高复用性，将类型参数化

1.2.2 函数模板注意事项

注意事项：

• 自动类型推导，必须推导出一致的数据类型T，才可以使用
• 模板必须要确定出T的数据类型，才可以使用

对于第一种注意事项

template<typename T>
void mySwap(T &a, T &b){T temp;temp = a;a = b;b = temp;
}int main(){int a = 10;char b = 'a';//这个代码是错误的，推导出的两种数据类型不一致，无法使用该模板//mySwap(a, b);return 0;
}

对于第二种注意事项

template<typename T>
void myFun(){std::cout << "test" << std::endl;
}int main(){//错误使用myFun();//正确使用//必须给出确定的模板类型，这种情况下随便指出什么类型都可以myFun<int>();return 0;
}

1.2.3 函数模板案例

案例描述:

• 利用函数模板封装一个排序的函数，可以对不同数据类型数组进行排序。
• 排序规则从大到小，排序算法为选择排序。
• 分别利用char数组和int数组进行测试

//
// Created by AirCL on 2023/12/17.
//
#include <iostream>template<typename T>
void mySwap(T& a, T& b){T temp;temp = a;a = b;b = temp;
}template<typename T>
void selectionSort(T array[], int length){for (int i = 0; i < length; ++i) {int maxIndex = i;for (int j = i; j < length; ++j) {if (array[j] > array[maxIndex]){maxIndex = j;}}if (maxIndex != i){mySwap(array[i], array[maxIndex]);}}
}template<typename T>
void printFun(T array[], int length){for (int i = 0; i < length; ++i) {std::cout << array[i] << " ";}
}int main(){int a[5] = {118, 101, 105, 127, 112};selectionSort(a, 5);printFun(a, 5);std::cout << std::endl;char str[] = "abcde";selectionSort(str, 5);printFun(str, 5);return 0;
}

1.2.4 普通函数与函数模板的区别

普通函数与函数模板区别:

• 普通函数调用时可以发生自动类型转换 (隐式类型转换)
• 函数模板调用时，如果利用自动类型推导，不会发生隐式类型转换
• 如果利用显示指定类型的方式，可以发生隐式类型转换

普通函数发生自动类型转换

void myAdd(int &a, int &b){return a + b;
}int main(){int a = 10;char b = 'b';std::cout << myAdd(a, b);return 0;
}

使用函数模板时

template<typename T>
void myAdd(T &a, T &b){return a + b;
}int main(){int a = 10;char b = 'b';//如此使用自动类型推导，不会发生隐式类型转换，且出错//std::cout << myAdd(a, b);//如此指定类型，会发生隐式类型转换std::cout << myAdd<int>(a, b);return 0;
}

总结: 建议调用函数模板时，使用显示指定类型的方式，因为可以自己确定通用类型T

1.2.5 普通函数与函数模板的调用规则

调用规则如下:

1. 如果函数模板和普通函数都可以实现，优先调用普通函数
2. 可以通过空模板参数列表来强制调用函数模板
3. 函数模板也可以发生重载
4. 如果函数模板可以产生更好的匹配，优先调用函数模板

Example1：

#include <iostream>//普通函数
void mySwap(int a, int b){std::cout << "普通函数" << std::endl;
}//模板函数
template<typename T>
void mySwap(T& a, T& b){std::cout << "模板函数" << std::endl;T temp;temp = a;a = b;b = temp;
}//模板函数重载
template<typename T>
void mySwap(T& a, T& b, T& c){std::cout << "模板函数重载" << std::endl;T temp;temp = a;a = b;b = temp;
}int main(){int a = 10;int b = 20;int c = 30;//此时调用普通函数mySwap(a, b);//此时调用模板函数mySwap<>(a, b);//此时调用重载模板函数mySwap(a, b, c);char d = 'd';char e = 'e';//此时调用模板函数//因为调用普通函数还需要将char转为int，编译器认为不如直接把模板T认定为char//就是函数模板可以产生更好的匹配mySwap(d, e);std::cout << "a = " << a << ", b = " << b << std::endl;}

总结: 既然提供了函数模板，最好就不要提供普通函数，否则容易出现二义性

1.2.6 模板的局限性

局限性：

• 模板的通用性不是万能的

如：

template<class T>
void fun(T a, T b){a = b;
}

在上述代码中提供的赋值操作，如果传入的a和b是一个数组，就无法实现了

如：

template<class T>
void fun(T a, T b){if(a > b){...}
}

在上述代码中，如果T的数据类型传入的是像Person这样的自定义数据类型，也无法正常运行

因此C++为了解决这种问题，提供模板的重载，可以为这些特定的类型提供具体化的模板

class Person{
public:string name;int age;
}template<typename T>
bool myCompare(T& a, T& b){if(a == b){return true;}else{return false;}
}//利用具体化Person的版本实现代码，具体化优先调用
template<> bool myCompare(Person& p1, Person& p2){if(p1.name == p2.name && p1.age == p2.age){return true;}else{return false;}
}

总结：

• 利用具体化的模板，可以解决自定义类型的通用化
• 学习模板并不是为了写模板，而是在STL能够运用系统提供的模板

1.3 类模板

1.3.1 类模板语法

类模板作用：

• 建立一个通用类，类中成员的数据类型可以不具体制定，用一个虚拟的类型类代替

语法：

template<typename T>
类

解释：

template --- 声明创建模板

typaname --- 表明其后边的符号是一种数据类型，可以用class代替

T --- 通用的数据类型，名称可以替换，通常为大写字母

#include <iostream>template<class KeyType, class ValueType>
class Map{
private:KeyType key;ValueType value;
public:Map(){}Map(KeyType key, ValueType value){this->key = key;this->value = value;}void showMap(){std::cout << "key: " << this->key << ", value: " << this->value << std::endl;}
};int main(){Map<std::string, int> map = Map<std::string, int>("key", 1);map.showMap();return 0;
}

1.3.2 类模板和函数模板的区别

类模板与函数模板区别主要有两点：

1. 类模板没有自动类型推导的使用方式
2. 类模板在模板参数列表中可以有默认参数

#include <iostream>template<class KeyType, class ValueType = int>
class Map{
private:KeyType key;ValueType value;
public:Map(){}Map(KeyType key, ValueType value){this->key = key;this->value = value;}void showMap(){std::cout << "key: " << this->key << ", value: " << this->value << std::endl;}
};int main(){//类模板在模板参数列表中可以有默认参数Map<string> map;return 0;
}

1.3.3 类模板中成员函数的创建时机

类模板中成员函数和普通类中成员函数创建时机是有区别的：

• 普通类中的成员函数一开始就可以创建
• 类模板中的成员函数在调用时才创建

原因：因为类模板中成员函数使用到的变量类型可能未知，因此编译器不会一开始就对其进行创建，而是在调用时明确了其数据类型才能够对其进行创建

1.3.4 类模板对象做函数参数

学习目标：

• 类模板实例化出来的对象，向函数传参的方式

一共有三种传入方式：

1. 指定传入的类型 —— 直接显示对象的数据类型
2. 参数模板化 —— 将对象中的参数变为模板进行传递
3. 整个类模板化 —— 将这个对象类型模板化进行传递

#include <iostream>template<class NameType, class AgeType>
class Person{
private:NameType name;AgeType age;
public:Person(){}Person(NameType name, AgeType age){this->name = name;this->age = age;}void showPerson(){std::cout << "name:" << this->name << ", age:" << this->age << std::endl;}
};//1.指定传入的类型 —— 直接显示对象的数据类型
void printPerson(Person<std::string, int>& person){person.showPerson();
}//2.参数模板化 —— 将对象中的参数变为模板进行传递
//函数模板配合类模板
template<typename T1, typename T2>
void printPersonSecond(Person<T1, T2>& person){person.showPerson();//查看编译器推导出的数据类型std::cout << "T1的数据类型是：" << typeid(T1).name() << std::endl;std::cout << "T2的数据类型是：" << typeid(T2).name() << std::endl;
}//3.整个类模板化 —— 将这个对象类型模板化进行传递
//函数模板配合类模板
template<typename T>
void printPersonThird(T& person){person.showPerson();
}int main(){Person<std::string, int> p1 = Person<std::string, int>("AirCL", 23);printPerson(p1);Person<char, bool> p2 = Person<char, bool>('a', true);printPersonSecond(p2);printPersonThird(p1);return 0;
}

总结：

• 通过类模板创建的对象，可以有三种方式向函数中进行传参
• 使用比较广泛是第一种: 指定传入的类型

1.3.5 类模板和继承

当类模板碰到继承时，需要注以下几点:

• 当子类继承的父类是一个类模板时，子类在声明的时候，要指定出父类中T的类型
• 如果不指定，编译器无法给子类分配内存
• 如果想灵活指定出父类中T的类型，子类也需变为类模板

template<class T>
class Base{T m;
};//class Son : public Base    //错误，C++编译器需要给子类分配内存，必须知道父类中T的类型才可以向下继承
class Son : public Base<int>{};//更加灵活的指定父类的类型
template<class T>
class Son : public Base<T>{}

总结: 如果父类是类模板，子类需要指定出父类中T的数据类型

1.3.6 类模板成员函数类外实现

template<class T1, class T2>
class Person{
public:T1 name;T2 age;Person(T1 name, T2 age);void showPerson();
};//类模板构造函数类外实现
template<class T1, class T2>
Person<T1, T2>::Person(T1 name, T2 age){this->name = name;this->age = age;
}//类模板成员函数类外实现
template<class T1, class T2>
void Person<T1, T2>::showPerson(){cout << "name:" << this->name << ", age:" << this->age << endl;
}

总结: 类模板中成员函数类外实现时，需要加上模板参数列表

1.3.7 类模板分文件编写

问题:

• 类模板中成员函数创建时机是在调用阶段，导致分文件编写时链接不到

解决:

• 解决方式1: 直接包含.cpp源文件
• 解决方式2: 将声明和实现写到同一个文件中，并更改后缀名为.hpp，hpp是约定的名称并不是强制

解决方式1：

Person.h

#pragma once
#include<iostream>
using namespace std;template<class T1, class T2>
class Person{
public:T1 name;T2 age;Person(T1 name, T2 age);void showPerson();
};

Person.cpp

#include "Person.h"//类模板构造函数类外实现
template<class T1, class T2>
Person<T1, T2>::Person(T1 name, T2 age){this->name = name;this->age = age;
}//类模板成员函数类外实现
template<class T1, class T2>
void Person<T1, T2>::showPerson(){cout << "name:" << this->name << ", age:" << this->age << endl;
}

main.cpp

#include <iostream>
//第一种方式：直接引用cpp，很少有人这么做
#include "Person.cpp"int main(){Person<string, int> person = Person<string, int>("AirCL", 23);return 0;
}

解决方式2：

Person.hpp

#pragma once
#include<iostream>
using namespace std;template<class T1, class T2>
class Person{
public:T1 name;T2 age;Person(T1 name, T2 age);void showPerson();
};//类模板构造函数类外实现
template<class T1, class T2>
Person<T1, T2>::Person(T1 name, T2 age){this->name = name;this->age = age;
}//类模板成员函数类外实现
template<class T1, class T2>
void Person<T1, T2>::showPerson(){cout << "name:" << this->name << ", age:" << this->age << endl;
}

main.cpp

#include <iostream>
//第二种方式：引用hpp，常用的主流方法
#include "Person.cpp"int main(){Person<string, int> person = Person<string, int>("AirCL", 23);return 0;
}

1.3.8 类模板与友元

全局函数类内实现 —— 直接在类内声明友元即可

全局函数类外实现 —— 需要提前让编译器知道全局函数的存在

• 全局函数类内实现

template<class T1, class T2>
class Person{
private:T1 name;T2 age;
public:Person(T1 name, T2 age){this->name = name;this->age = age;}//全局函数内类实现friend void showPerson(Person<T1, T2> person){cout << "name:" << person.name << ", age:" << person.age << endl;}
};

• 全局函数类外实现

//提前告诉编译器，模板类的存在
template<class T1, class T2>
class Person;//提前实现全局函数
//全局函数内外实现
template<class T1, class T2>
void showPersonOutOfClass(Person<T1, T2> person){cout << "name:" << person.name << ", age:" << person.age << endl;
}template<class T1, class T2>
class Person{
private:T1 name;T2 age;
public:Person(T1 name, T2 age){this->name = name;this->age = age;}//全局函数内外实现声明//加空参数列表//如果全局函数是类外实现，需要让编译器提前知道这个函数的存在friend void showPersonOutOfClass<>(Person<T1, T2> person);
};

总结: 建议全局函数做类内实现，用法简单，而且编译器可以直接识别

2. STL初识

2.1 STL的诞生

• 长久以来，软件界一直希望建立一种可重复利用的东西
• C++的面向对象和泛型编程思想，目的就是复用性的提升
• 大多情况下，数据结构和算法都未能有一套标准导致被迫从事大量重复工作
• 为了建立数据结构和算法的一套标准诞生了STL

2.2 STL基本概念

• STL(Standard Template Library，标准模板库)
• STL从广义上分为：
  1. 容器(container)
  2. 算法(algorithm)
  3. 迭代器(iterator)
• 容器和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了模板类或者模板函数

2.3 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. 选代器: 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者仿函数或迭代器接口的东西
6. 空间配置器:负责空间的配置与管理。

2.4 STL中容器、算法、迭代器

容器：置物之所也

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和关联式容器两种：

• 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
• 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：问题之解法也

有限的步骤，解决逻辑或数学上的问题，这一门学科我们叫做算法(Algorithms)

算法分为：质变算法和非质变算法

• 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
• 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：容器和算法之间粘合剂

提供一种方法，使之能够依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式

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为双向迭代器，和随机访问迭代器

注意：如果想把容器作为函数参数传入函数进行访问但并不希望对其内容进行修改时，可做如下方法：

void printFun(const vector<int>& vector){for(vector<int>::const_iterator it = vector.begin(); it != vector.end();it++){cout << *it << " ";}
}

2.5 容器算法迭代器初识

了解STL中容器、算法、迭代器概念之后，我们利用代码感受STL的魅力

STL中最常用的容器为Vector，可以理解为数组，下面我们将学习如何向这个容器中插入数据、并遍历这个容器

2.5.1 vector存放内置数据类型

容器： vector

算法：for_each

迭代器：vector<int>::iterator

#include <iostream>
#include <vector>
#include <algorithm>void printFun(int val){std::cout << val << std::endl;
}int main(){std::vector<int> vector;vector.push_back(10);vector.push_back(20);vector.push_back(30);vector.push_back(40);vector.push_back(50);/*** 3种迭代方法：* 1. while循环* 2. for循环* 3. 内置算法*/// 1. while循环std::vector<int>::iterator vBegin = vector.begin();std::vector<int>::iterator vEnd = vector.end();while (vBegin != vEnd){std::cout << *vBegin << std::endl;vBegin++;}// 2. for循环for (std::vector<int>::iterator it = vector.begin();it != vector.end();it++){std::cout << *it << std::endl;}// 3. 内置算法std::for_each(vector.begin(), vector.end(), printFun);
}

2.5.2 Vector存放自定义数据类型

#include <iostream>
#include <vector>
#include <algorithm>class Person{
private:std::string name;int age;
public:Person(){}Person(std::string name, int age){this->name = name;this->age = age;}std::string getName(){return this->name;}int getAge(){return this->age;}
};void printFun(Person person){std::cout << "Name: " << person.getName() << ", Age: " << person.getAge() << std::endl;
}int main(){std::vector<Person> vector;Person person1 = Person("a", 10);Person person2 = Person("b", 20);Person person3 = Person("c", 30);Person person4 = Person("d", 40);Person person5 = Person("e", 50);vector.push_back(person1);vector.push_back(person2);vector.push_back(person3);vector.push_back(person4);vector.push_back(person5);std::for_each(vector.begin(), vector.end(), printFun);
}

2.5.3 Vector容器嵌套容器

#include <iostream>
#include <vector>
#include <algorithm>void printFun(int val){std::cout << val << std::endl;
}int main(){std::vector<std::vector<int>> vector;std::vector<int> vector1;std::vector<int> vector2;std::vector<int> vector3;std::vector<int> vector4;std::vector<int> vector5;for (int i = 0; i < 5; ++i) {vector1.push_back(i + 1);vector2.push_back(i + 2);vector3.push_back(i + 3);vector4.push_back(i + 4);vector5.push_back(i + 5);}vector.push_back(vector1);vector.push_back(vector2);vector.push_back(vector3);vector.push_back(vector4);vector.push_back(vector5);for(std::vector<std::vector<int>>::iterator it = vector.begin(); it != vector.end();it++){for(std::vector<int>::iterator iterator = (*it).begin(); iterator != (*it).end(); iterator++){std::cout << *iterator << " ";}std::cout << std::endl;}
}

3. STL — 常用容器

3.1 string容器

3.1.1 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类内部封装了很多成员方法

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，不用担心复制越界和取值越界等，由类内部进行负责

3.1.2 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

// 1
string str1;
// 2
const char* s = "abcde";
string str2 = string(s);
printString(str2);
// 3
string str3 = string(str2);
printString(str3);
// 4
char c = 'f';
string str4 = string(6, c);
printString(str4);

3.1.3 string赋值操作

功能描述：

• 给string字符串赋值

赋值函数原型：

• 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); //字符赋值给当前的字符串
• 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

3.1.4 string字符串拼接

功能描述：

实现在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); //字符s中从pos开始的n个字符连接到字符串结尾

3.1.5 string查找和替换

功能描述：

• 查找：查找指定字符串是否存在
• 替换：在指定的位置替换字符串

函数原型：

• int find(const string& str, int pos = 0) const; //查找str第一次出现位置,从pos开始查找
• int find(const char* s, int pos = 0) const; //查找s第一次出现位置,从pos开始查找
• int find(const char* s, int pos, int n) const; //从pos位置查找s的前n个字符第一次位置
• int find(const char c, int pos = 0) const; //查找字符C第一次出现位置
• int rfind(const string& str, int pos = npos) const; //查找str最后一次位置,从pos开始查找
• int rfind(const char* s, int pos = npos) const; //查找s最后一次出现位置,从pos开始查找
• int rfind(const char* s, int pos, int n) const; //从pos查找s的前n个字符最后一次位置
• int rfind(const char c, int pos = 0) const; //查找字符C最后一次出现位置
• string& replace(int pos, int n, const string& str); //替换从pos开始n个字符为字符串str
• string& replace(int pos, int n, const char* s); //替换从pos开始的n个字符为字符串s

3.1.6 string字符串比较

功能描述：

• 字符串之间的比较

比较方式：

• 字符串比较是按字符的ASCII码进行对比

= 返回 0

> 返回 1

< 返回 -1

函数原型:

• int compare(const string &s) const; //与字符串s比较
• int compare(const char *s) const; //与字符串s比较

3.1.7 string字符存取

string中单个字符存取方式有两种：

• char& operator[](int n); //通过[]方式存取字符
• char& at(int n); //通过at方法获取字符

3.1.8 string插入和删除

功能描述：

• 对string字符串进行插入和删除字符操作

函数原型：

• string& insert(int pos, const char* s); //插入字符串
• string& insert(int pos, const string& str); //插入字符串
• string& insert(int pos, int n, char c); //在指定位置插入n个字符C
• string& erase(int pos, int n = npos); //删除从Pos开始的n个字符

3.1.9 string子串

功能描述：

• 从字符串中获取想要的子串

函数原型：

• string substr(int pos = 0, int n = npos) const; //返回由pos开始的n个字符组成的字符串

3.2 vector容器

3.2.1 vector基本概念

功能：

• vector数据结构和数组非常相似，也称为单端数组

vector与普通数组区别：

• 不同之处在于数组是静态空间，而vector可以动态扩展

动态扩展：

• 并不是在原空间之后续接新空间，而是找更大的内存空间，然后将原数据拷贝新空间，释放原空间

• vector容器的迭代器是支持随机访问的迭代器

3.2.2 vector构造函数

功能描述：

• 创建vector容器

函数原型：

• vector<T> v; //采用模板实现类实现，默认构造函数
• vector(v.begin()，v.end()); //将v[begin(),end0)区间中的元素拷贝给本身
• vector(n,elem); //构造函数将n个elem拷贝给本身
• vector(const vector &vec); //拷贝构造函数。

3.2.3 vector赋值操作

功能描述：

• 给vector容器进行赋值

函数原型：

• vector& operator=(const vector &vec); //重载等号操作符
• assign(v.beg，v.end); //将v[beg,end)区间中的数据拷贝赋值给另一个vector
• assign(n，elem); //将n个elem拷贝赋值给本身

3.2.4 vector容量和大小

功能描述：

• 对vector容器的容量和大小操作

函数原型：

• empty(); //判断容器是否为空

• capacity(); //容器的容量

• size(); //返回容器中元素的个数

• resize(int num);

  //重新指定容器的长度为num，若容器变长，则以默认值填充新位置。
//如果容器变短，则末尾超出容器长度的元素被删除。

• resize(int num, elem);

  //重新指定容器的长度为num，若容器变长，则以elem值填充新位置

  //如果容器变短，则末尾超出容器长度的元素被删除

3.2.5 vector插入和删除

功能描述：

• 对vector容器进行插入、删除操作

函数原型：

• push_back(ele); //尾部插入元素ele
• pop_back(); //删除最后一个元素
• insert(const_iterator pos, ele); //迭代器指向位置pos插入元素ele
• insert(const_iterator pos，int count, ele); //选代器指向位置pos插入count个元素ele
• erase(const iterator pos); //删除迭代器指向的元素
• erase(const_iterator start，const_iterator end); //删除选代器从start到end之间的元素
• clear(); //删除容器中所有元素

3.2.6 vector数据存取

功能描述：

• 对vector中的数据的存取操作

函数原型：

• at(int idx); //返回索引idx所指的数据
• operator[]; //返回索引idx所指的数据
• front(); //返回容器中第一个数据元素
• back(); //返回容器中最后一个数据元素

3.2.7 vector互换容器

功能描述：

• 实现两个容器内元素进行互换

函数原型：

• swap(vec); // 将vec与本身的元素互换

3.2.8 vector预留空间

功能描述：

• 减少vector在动态扩展容量时的扩展次数

函数原型：

• reserve(int len); //容器预留len个元素长度，预留位置不初始化，元素不可访问

3.3 deque容器

3.3.1 deque基本概念

功能：

• 双端数组，可以对头端进行插入删除操作

deque与vector区别：

• vector对于头部的插入删除效率低，数据量越大，效率越低
• deque相对而言，对头部的插入删除速度会比vector快
• vector访问元素时的速度会比deque快，这和两者内部实现有关

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

• deque容器的迭优器也是支持随机访问的

3.3.2 deque构造函数

功能描述：

• deque容器构造

函数原型：

• deque<T> degT; //默认构造形式
• deque(beg，end); //构造函数将[begend)区间中的元素拷贝给本身
• deque(n,elem); //构造函数将n个elem拷贝给本身
• deque(const deque &deq); //拷贝构造函数

3.3.3 deque赋值操作

功能描述：

• 给deque容器进行赋值

函数原型：

• deque& operator=(const deque& deq); //重载等号操作符
• assign(beg，end); //将[beg,end)区间中的数据拷贝赋值给本身
• assign(n, elem); //将n个elem拷贝赋值给本身

3.3.4 deque大小操作

功能描述：

• 对deque容器的大小进行操作

函数原型：

• deque.empty(); //判断容器是否为空

• deque.size(); //返回容器中元素的个数

• deque.resize(num);

  //重新指定容器的长度为num,若容器变长，则以默认值填充新位置。

  //如果容器变短，则末尾超出容器长度的元素被删除。

• deque.resize(num, elem);

  //重新指定容器的长度为num,若容器变长，则以elem值填充新位置

  //如果容器变短，则末尾超出容器长度的元素被删除。

3.3.5 deque 插入和删除

功能描述：

• 向deque容器中插入和删除数据

函数原型：

两端插入操作：

• push_back(elem); //在容器尾部添加一个数据
• push_front(elem); //在容器头部插入一个数据
• pop_back(); //删除容器最后一个数据
• pop_front(); //删除容器第一个数据

指定位置操作（以下pos指的是迭代器）：

• insert(pos,elem); //在pos位置插入一个elem元素的拷贝，返回新数据的位置
• insert(pos,n,elem); //在pos位置插入n个elem数据，无返回值。
• insert(pos,beg,end); //在pos位置插入[beg,end)区间的数据，无返回值，beg和end是迭代器
• clear(); //清空容器的所有数据
• erase(beg,end); //删除[beg,end)区间的数据，返回下一个数据的位置
• erase(pos); //删除pos位置的数据，返回下一个数据的位置

3.3.6 deque 数据存取

功能描述：

• 对deque中的数据的存取操作

函数原型：

• at(int idx); //返回索引idx所指的数据
• operator[]; //返回索引idx所指的数据
• front(); //返回容器中第一个数据元素
• back(); //返回容器中最后一个数据元素

3.3.7 deque 排序

功能描述：

• 利用算法实现对deque容器进行排序

算法：

• sort(iterator beg, iterator end) //对beg和end区间内元素进行排序

3.4 stack容器

3.4.1 stack 基本概念

概念：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

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

栈中进入数据称为 --- 入栈 push

栈中弹出数据称为 --- 出栈 pop

3.4.2 stack 常用接口

功能描述：栈容器常用的对外接口

构造函数：

• stack<T> stk; //stack采用模板类实现，stack对象的默认构造形式
• stack(const stack &stk); //拷贝构造函数

赋值操作：

• stack& operator=(const stack &stk); //重载等号操作符

数据存取：

• push(elem); //向栈顶添加元素
• pop(); //从栈顶移除第一个元素
• top(); //返回栈顶元素

大小操作：

• empty(); //判断堆栈是否为空
• size(); //返回栈的大小

3.5 queue容器

3.5.1 queue 基本概念

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

队列容器允许从一端新增元素，从另一端移除元素

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

队列中进数据称为 --- 入队 push

队列中出数据称为 --- 出队 pop

3.5.2 queue 常用按口

功能描述：栈容器常用的对外接口

构造函数：

• queue<T> que; //queue采用模板类实现，queue对象的默认构造形式
• queue(const queue &que); //拷贝构造函数

赋值操作：

• queue& operator=(const queue &que); //重载等号操作符

数据存取：

• push(elem); //往队尾添加元素
• pop(); //从队头移除第一个元素
• back(); //返回最后一个元素
• front(); //返回第一个元素

大小操作：

• empty(); //判断堆栈是否为空
• size(); //返回栈的大小

3.6 list容器

3.6.1 list基本概念

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：链表由一系列结点组成

结点的组成：一个是存储数据元素的数据域，另一个是存储下一个结点地址的指针域

STL中的链表是一个双向循环链表

由于链表的存储方式并不是连续的内存空间，因此链表list中的迭代器只支持前移和后移，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)额外耗费较大

List有一个重要的性质，插入操作和删除操作都不会造成原有list迭代器的失效，这在vector是不成立的。

总结：STL中List和vector是两个最常被使用的容器，各有优缺点

3.6.2 list构造函数

功能描述：

• 创建list容器

函数原型：

• list<T> lst; //list采用采用模板类实现,对象的默认构造形式:
• list(beg,end); //构造函数将[begend)区间中的元素拷贝给本身
• list(n, elem); //构造函数将n个elem拷贝给本身。
• list(const list &lst); //拷贝构造函数。

3.6.3 list赋值和交换

功能描述：

• 给list容器进行赋值，以及交换list容器

函数原型：

• assign(beg，end); //将[beg,end)区间中的数据拷贝赋值给本身
• assign(n,elem); //将n个elem拷贝赋值给本身
• list& operator=(const list &lst); //重载等号操作符
• swap(lst); //将lst与本身的元素互换

3.6.4 list 大小操作

功能描述：

• 对list容器的大小进行操作

函数原型：

• size(); //返回容器中元素的个数

• empty(); //判断容器是否为空

• resize(num);

  //重新指定容器的长度为num，若容器变长，则以默认值填充新位置

  //如果容器变短，则末尾超出容器长度的元素被删除。

• resize(num,elem);

  //重新指定容器的长度为num，若容器变长，则以elem值填充新位置

  //如果容器变短，则末尾超出容器长度的元素被删除。

3.6.5 list 插入和删除

功能描述：

• 对list容器进行数据的插入和删除

函数原型：

• push_back(elem); //在容器尾部加入一个元素
• pop_back(); //删除容器中最后一个元素
• push_front(elem); //在容器开头插入一个元素。
• pop_front(); //从容器开头移除第一个元素
• insert(pos,elem); //在pos位置插elem元素的拷贝，返回新数据的位置。
• insert(pos,n,elem); //在pos位置插入n个elem数据，无返回值。
• insert(pos,beg,end); //在pos位置插入[beg,end)区间的数据，无返回值
• clear(); //移除容器的所有数据
• erase(beg,end); //删除[beg,end)区间的数据，返回下一个数据的位置
• erase(pos); //删除pos位置的数据，返回下一个数据的位置。
• remove(elem);//删除容器中所有与elem值匹配的元素。

3.6.6 list 数据存取

功能描述：

• 对list容器中数据进行存取

函数原型：

• front(); //返回第一个元素
• back(); //返回最后一个元素。

3.6.7 list 反转和排序

功能描述：

• 将容器中的元素反转，以及将容器中的数据进行排序

函数原型：

• reverse(); //反转链表
• sort(); //链表排序

3.7 set/multiset容器

3.7.1 set基本概念

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multiset区别：

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

3.7.2 set构造和赋值

功能描述: 创建set容器以及赋值

构造：

• set<T> st; //默认构造函数:
• set(const set &st); //拷贝构造函数

赋值：

• set& operator=(const set &st); //重载等号操作符

3.7.3 set大小和交换

功能描述：

• 统计set容器大小以及交换set容器

函数原型：

• size(); //返回容器中元素的数目
• empty(); //判断容器是否为空
• swap(st); //交换两个集合容器

3.7.4 set插入和删除

功能描述：

• set容器进行插入数据和删除数据

函数原型：

• insert(elem); //在容器中插入元素。
• clear(); //清除所有元素
• erase(pos); //删除pos迭代器所指的元素，返回下一个元素的迭代器
• erase(beg,end); //删除区间[begend)的所有元素，返回下一个元素的迭代器.
• erase(elem); //删除容器中值为elem的元素。

3.7.5 set查找和统计

功能描述：

• 对set容器进行查找数据以及统计数据

函数原型：

• find(key); //查找key是否存在，若存在，返回该键的元素的迭代器; 若不存在，返回set.end():
• count(key); //统计key的元素个数

3.7.6 set和multiset区别

区别：

• set不可以插入重复数据，而multiset可以。
• set插入数据的同时会返回插入结果，表示插入是否成功。
• multiset不会检测数据，因此可以插入重复数据

3.7.7 pair对组创建

功能描述：

• 成对出现的数据，利用对组可以返回两个数据

两种创建方式：

• pair<type, type> p ( value1, value2 );
• pair<type， type> p = make_pair( value1, value2 );

取值：

• p.first
• p.second

3.7.8 set容器改变排序规则

学习目标：

• set容器默认排序规则为从小到大，掌握如何改变排序规则

主要技术点：

• 利用仿函数，可以改变排序规则

class MyCompare{
public://仿函数bool operator()(int v1, int v2){return v1 > v2;}
}int main(){vector<int, MyCompare> v;v.insert(10);v.insert(50);v.insert(30);v.insert(40);v.insert(20);for(vector<int, MyCompare>::iterator it = v.begin(); it != v.end();it++){cout << *it << " ";}return 0;
}

3.7.9 set容器存放自定义数据类型

class Person{
public:string name;int age;Person(string name, int age){this->name = name;this->age = age;}
}class MyCompare{
public://仿函数bool operator()(const Person& p1, const Person& p2){return p1.age > p2.age;}
}int main(){vector<int, MyCompare> v;return 0;
}

3.8 map/multimap容器

3.8.1 map基本概念

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，底层结构是用二叉树实现

优点：

• 可以根据key值快速找到value值

map和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

3.8.2 map构造和赋值

功能描述：

• 对map容器进行构造和赋值操作

函数原型：

构造：

• map<T1，T2> mp; //map默认构造函数:
• map(const map &mp); //拷贝构造函数

赋值：

• map& operator=(const map &mp); //重载等号操作符

3.8.3 map大小和交换

功能描述：

• 统计map容器大小以及交换map容器

函数原型：

• size(); //返回容器中元素的数目
• empty(); //判断容器是否为空
• swap(st); //交换两个集合容器

3.8.4 map插入和删除

功能描述：

• map容器进行插入数据和删除数据

函数原型：

• insert(elem); //在容器中插入元素。
• clear(); //清除所有元素
• erase(pos); //删除pos迭代器所指的元素，返回下一个元素的迭代器
• erase(beg, end); //删除区间[beg,end)的所有元素，返回下一个元素的迭代器
• erase(key); //删除容器中值为key的元素

3.8.5 map查找和统计

功能描述：

• 对map容器进行查找数据以及统计数据

函数原型：

• find(key); //查找key是否存在,若存在，返回该键的元素的迭代器; 若不存在，返回map.end();
• count(key); //统key的元素个数

3.8.6 map容器改变排序规则

学习目标：

• map容器默认排序规则为 按照key值进行 从小到大排序，掌握如何改变排序规则

主要技术点：

• 利用仿函数，可以改变排序规则

class MyCompare{
public://仿函数bool operator()(int v1, int v2){return v1 > v2;}
}int main(){map<int, int, MyCompare> m;map.insert(pair<int, int>(1, 10));return 0;
}

总结：

• 利用仿函数可以指定map容器的排序规则
• 对于自定义数据类型，map必须要指定排序规则,同set容器