C++ STL簡述

前言

最近要找工作，免不得要有一番筆試，今年好像突然就都流行在線筆試了，真是搞的我一塌糊塗。有的公司呢，不支持Python，Java我也不會，C有些數據結構又有些復雜，所以是時候把STL再看一遍了…不會告訴你距離上次使用可能已經有半年以上了。

STL是什麼

STL為C++的標准模版庫，又稱為C++泛型庫，在std命名空間中定義了常用的數據結構和算法，使用起來十分方便。

STL提供三種類型的組件：

1. 容器。主要有兩類：順序容器和關聯容器。前者主要包括：vector，list，deque和string等，為一些列元素的有序集合。後者主要有：set，multiset，map和multimap，包含查找元素的鍵值
2. 迭代器的作用是遍歷容器
3. 算法庫。主要包括四類算法：排序算法，不可變序算法，變序性算法和數值算法

容器常用操作

這一節主要說一下各種容器的常用操作，直接看代碼實例即可。

vector

向量容器可以像數組一樣對元素進行隨機訪問，還可以在尾部插入元素，完全可以替代數組。具有內存自動管理的功能，對元素的插入和刪除可以動態調整所占用的內存空間。

#include<vector>
#include<iostream>
using namespace std;

// sort指定的排序算法 
bool Comp(const int &a, const int &b){
        if(a!=b)
            return a>b;
        else
            return a>b; 
} 

int main(void){
    // 初始化有三種方式
    // 元素下標均從0開始 
    vector<int> v1;  //不指定元素個數 
    vector<double> v2(10); // 10個元素，每個初值窦唯0.0 
    vector<int> v3(10, 1);  // 10個元素，每個值都為1
    
    // 尾部追加新元素
    v1.push_back(1);
    
    // 有2種方式訪問元素 
    // 使用下標方式訪問元素
    cout<<v2[8]<<endl;
    
    // 使用迭代器訪問 
    vector<int>::iterator it;
    for(it=v1.begin();it!=v1.end();it++)
        cout<<*it<<" ";
        
    // 元素的插入  注意：插入的位置為迭代器的位置，不是下標 
    v3.insert(v3.begin()+2, 0);
    
    // 元素的刪除，刪除迭代器所指的一個元素或一段區間的所有元素
    v3.erase(v3.begin()+2); // 刪除第3個元素
    v3.erase(v3.begin()+1, v3.begin()+5); // 第二到第五個，前開後閉
    
    // 清空
    v3.clear(); 
    
    // 判斷是否為空
    v1.empty();  // 為空則返回假，反之為真 
    
    // 查看元素個數
    v2.size();
    
    // reverse反向排列算法，需#include<algorithm> 
    reverse(v1.begin(), v1.end());
    
    // 排序，需#include<algorithm> 
    sort(v1.begin(), v1.end());
    // 自己指定排序算法
    sort(v1.begin(), v1.end(), Comp);    
     
}

string

可以把string理解為字符串類，提供了添加、刪除、替換、查找和比較豐富的方法，當然也可以使用vector來處理字符串，但是不如string功能豐富。同時可以使用vector這樣的向量，類似於字符數組。

#include<string>
#include<vector>
#include<iostream>
using namespace std;

// sort指定的排序算法 
bool Comp(const int &a, const int &b){
        if(a!=b)
            return a>b;
        else
            return a>b; 
} 

int main(void){
    // 創建string對象
    string s;
    
    // 賦值
    s = "abc";  // or cin>>s;  or char ss[5000]; scanf("%s", &ss); s=ss;
    
    // 尾部添加字符 
    s = s + 'd';
    
    // 尾部添加字符串
    s = s + "hello world";
     
    // append()方法添加
    s.append("123");
    
    // 插入字符到迭代器的位置之前
    s.insert(s.begin(), 'p');
     
    // 訪問string對象元素
    cout<<s[0]<<endl;
    
    //刪除string對象元素
    s.erase(s.begin());
    s.erase(s.begin(), s.begin()+2);
    
    //長度
    cout<<s.length()<<endl;
     
    // 判斷空
    cout<<s.empty()<<endl;
    
    // 替換
    s.replace(3, 3, "good"); // 從第四個起，連續三個字符替換成good
    
    // 搜索
    cout<<s.find('c')<<endl; // 查到返回下標，反之返回4294967295 
    cout<<s.find("123")<<endl;
    
    // 比較
    cout<<s.compare("cat")<<endl; // 比對方大返回1，小為-1，相等為0
    
    // 反向排列reverse
    reverse(s.begin(), s.end());
    
    // string對象做vector元素
    vector<string> v;    
}

set

set實現了紅黑樹的平衡二叉檢索樹的數據結構，在插入元素的時候會自動調整二叉樹的排列，把元素放到適當的位置，以確保每個子樹根節點鍵值大於左子樹所有節點，同時小於右邊節點；另外，還要得確保左右子樹高度相等。不會插入同樣鍵值的元素。

平衡二叉檢索樹的檢索采用中序遍歷算法，構造set的目的是為了快速檢索。

#include<string>
#include<vector>
#include<set>
#include<iostream>
using namespace std;

// sort指定的排序算法 
bool Comp(const int &a, const int &b){
        if(a!=b)
            return a>b;
        else
            return a>b; 
} 

int main(void){
    set<int> s;
    
    // 插入
    s.insert(0);
    s.insert(2);
    s.insert(0); // 只有一個0
    
    // 遍歷
    set<int>::iterator it;
    for(it=s.begin();it!=s.end();it++)
        cout<<*it<<endl;
    
    // 反向遍歷
    for(set<int>::reverse_iterator rit=s.rbegin();rit!=s.rend();rit++)
        cout<<*rit<<endl;
    
    // 刪除元素
    s.erase(0);
    
    // 檢索，find()，找到，返回迭代器位置，反之返回最後一個元素的後一個位置，即end()
    s.find(20); 
}

map

map映照容器的元素數據由key, value組成，也采用紅黑樹實現，不允許重復鍵，比較函數只對value值比較，各項數據可以通過key檢索。

#include<string>
#include<vector>
#include<set>
#include<map>
#include<iostream>
using namespace std;

// sort指定的排序算法 
bool Comp(const int &a, const int &b){
        if(a!=b)
            return a>b;
        else
            return a>b; 
} 

int main(void){
    // 初始化 
    map<string, float> m;
    
    // 插入元素
    m["wang"] = 99.9;
    m["zhao"] = 100.0;
    
    // 前向遍歷
    map<string, float>::iterator it;
    for(it=m.begin();it!=m.end();it++)
        cout<<(*it).first<<":"<<(*it).second<<endl;
    
    // 刪除元素
    m.erase("wang");
    
    // 搜索 ，和set一樣 
    it = m.find("zhao");    
}

deque

雙端隊列，可以在兩側進行操作。

#include<string>
#include<vector>
#include<set>
#include<map>
#include<deque> 
#include<iostream>
using namespace std;

// sort指定的排序算法 
bool Comp(const int &a, const int &b){
        if(a!=b)
            return a>b;
        else
            return a>b; 
} 

int main(void){
    // init
    deque<int> d;
    deque<float> dd(10);
    deque<int> ddd(10, 1);
    
    // 尾部插入，擴張隊列 
    d.push_back(1);
    d.push_back(2);
    d.push_back(3);
    
    // 頭部插入，會覆蓋原有元素
    d.push_front(10);
    d.push_front(20); // 此時為 20, 10, 1 
    
    // 前向遍歷
    for(int i=0;i<d.size();i++)
        cout<<d[i]<<endl;
        
    for(deque<int>::iterator it=d.begin();it!=d.end();it++)
        cout<<*it<<endl;
    
    // 反向遍歷， deque<int>::reverse_iterator rit, rbegin, rend
    
    // 刪除
    d.pop_front();
    d.pop_back();
    d.erase(d.begin());
    
    // 清空
    d.clear();
    
    return 0;    
}

list

雙向鏈表，節點保存不在連續內存中，所以迭代器只能通過 ++ 或 -- 操作來移動到前驅或者後繼節點，不能使用 +n 或者 -n 來操作。

#include<string>
#include<vector>
#include<set>
#include<map>
#include<deque> 
#include<iostream>
using namespace std;

// sort指定的排序算法 
bool Comp(const int &a, const int &b){
        if(a!=b)
            return a>b;
        else
            return a>b; 
} 

int main(void){
    // init
    list<int> l;
    list<int> ll(10);
    
    // 插入，3種方法鏈表都會自動擴張
    l.push_back(1);
    l.push_front(2);
    l.push_back(3);
    l.push_back(4);
    l.insert(l.begin(), 20);
    
    // 遍歷同其他容器
    
    // 刪除
    l.remove(1); // 刪除值為 1的所有元素
    l.pop_front();
    l.pop_back();
    l.erase(l.begin());
    
    // 清空
    l.clear();
     
    // find
    l.find(l.begin(), l.end(), 5);
    
    // sort
    l.sort(); // 升序排序 
     
    // 刪除重復元素
    l.unique();
    return 0; 
}

stack

#include<stack>
#include<iostream>
using namespace std;

// sort指定的排序算法 
bool Comp(const int &a, const int &b){
        if(a!=b)
            return a>b;
        else
            return a>b; 
} 

int main(void){
    // init
    stack<int> s;
    
    s.push(1);
    s.push(3);
    s.pop();
    
    s.top();
    
    cout<<s.size()<<endl;
    
    cout<<s.empty()<<endl;
    
    return 0;
}

queue

#include<queue>
#include<iostream>
using namespace std;

// sort指定的排序算法 
bool Comp(const int &a, const int &b){
        if(a!=b)
            return a>b;
        else
            return a>b; 
} 

int main(void){
    queue<int> q;
    
    q.push(1);
    q.push(1);
    q.push(1);
    
    cout<<q.size()<<endl;
    
    cout<<q.front()<<endl;  // 讀取隊首位置元素
    cout<<q.back()<<endl; // 隊尾
    
    cout<<q.empty()<<endl; 
    
    q.pop();
    
}