🌍1. STL概念
C++中的STL是指标准模板库的缩写。STL提供了一组通用的模板类和函数,用于实现常见的数据结构和算法,如向量(vector)、链表(list)、栈(stack)、队列(queue)、映射(map)等,以及包括排序、搜索、算法等在内的各种算法操作。
✨1.1 常见容器
- vector:动态数组,支持快速随机访问。
- list:双向链表,支持高效插入和删除操作。
- stack:栈,后进先出(LIFO)数据结构。
- queue:队列,先进先出(FIFO)数据结构。
- map:映射,键-值对的关联容器。
✨1.2 六大组件
- 容器(Containers):容器是STL的核心组件之一,提供了各种数据结构,如向量(vector)、链表(list)、双端队列(deque)、栈(stack)、队列(queue)、映射(map)等。容器用于存储和组织数据,不同类型的容器适用于不同的数据访问和操作需求。
- 算法(Algorithms):STL包含了一系列通用算法,用于操作容器中的数据,例如排序、查找、复制、变换等。这些算法是高度优化的,可适用于不同类型的容器,使开发人员能够更轻松地进行常见操作。
- 迭代器(Iterators):迭代器是用于访问容器中元素的通用接口。它们提供了统一的方法来遍历容器,并使算法能够与不同类型的容器一起使用,而不需要了解底层容器的细节。
- 仿函数(Function Objects):仿函数是可调用对象,它们在STL中用于执行特定操作,如排序或变换。STL提供了一些内置的仿函数,同时也允许开发人员定义自己的仿函数,以满足特定需求。
- 适配器(Adapters):适配器是用于修改或扩展容器和迭代器行为的组件。STL中包括一些适配器,如栈适配器(stack adapter)和队列适配器(queue adapter),它们基于其他容器提供了不同的接口。
- 配置器(Allocators):配置器用于管理内存分配和释放,以支持容器的底层数据结构。STL提供了默认的配置器,同时也允许开发人员自定义配置器以满足特定的内存管理需求。
🌍2. STL容器之vector
✨2.1 vector
vector 是 C++ 标准库提供的一个动态数组容器,它可以自动扩展和收缩,使其非常适合存储和管理可变数量的元素。
传参
- 值传递
- 引用传递
- 指针传递
1. 值传递,调用Disp(v);
void Disp(vector<int> v){//值传递,不会修改原值 for(int value:v){ cout<<value<<" "; } cout<<endl; v.erase(v.begin()+1); }
2. 引用类型,调用Disp(v);
void Disp(vector<int> &v){//引用传递,修改形参也会修改实参 for(int value:v){ cout<<value<<" "; } cout<<endl; v.erase(v.begin()+1); }
3. 指针传递,调用Disp(&v);
void Disp(vector<int> *v){//指针传递,修改形参也会修改实参 for(int value : *v){ cout << value << " "; } cout << endl; v->erase(v->begin() + 1); }
✨2.2 基本用法示例
⭐2.1 包含头文件
#include <vector>
⭐2.2 创建一个空的vector
vector<int> myVector;
⭐2.3 向vector
中添加元素
在使用
cin >> myVector[i];
时,由于myVector
是一个空的向量,尝试访问myVector[i]
可能导致未定义的行为。因为在for
循环中,你试图直接通过下标将输入的值存储到myVector
中,但是myVector
的大小为零,因此没有有效的索引。这可能导致程序崩溃或产生不可预测的结果。
myVector.push_back(42); myVector.push_back(23); myVector.push_back(17); //输出:42 23 17 //错误示例 for(int i=0;i<n;i++){ cin>>myVector[i]; } //解决 for(int i=0;i<n;i++){ int k; cin>>k; myVector.push_back(k); }
⭐2.4 访问 vector
中的元素
int firstElement = myVector[0]; int secondElement = myVector[1];
⭐2.5 获取 vector
的大小
int size = myVector.size();
⭐2.6 遍历元素
//遍历方式一 for (int i = 0; i < myVector.size(); i++) { cout << myVector[i] << " "; } //遍历方式二 for (int value : myVector) { cout << value << " "; }
⭐2.7 插入元素到指定位置
myVector.insert(myVector.begin() + 1, 100); // 在myVertor[1]插入值为100的元素
⭐2.8 删除元素
注意:循环删除可能导致迭代器失效,可以使用范围删除。
myVector.erase(myVector.begin() + 1); // 删除元素myVertor[1] myVector.erase(myVector.begin() + m,myVector.end()); //删除v[m]~v[size-1] /*错误示例*/ //去除nums1[m]后的元素 for(int i=m;i<nums1.size();i++){ //循环删除导致迭代器失效 nums1.erase(nums1.begin()+i); } /*正确示例*/ nums1.erase(nums1.begin()+m,nums1.end());
⭐2.9 清空 vector
myVector.clear();
⭐2.10 示例程序
创建了一个 vector
,向其中添加、插入、删除元素,并最后清空了vector
。
#include <iostream> #include <vector> using namespace std; void Disp(vector<int> &v){ //输出方式一 for(int value : v){ cout << value << " "; } cout << endl; //输出方式二 /* for(int i=0;i<v.size();i++){ cout<<v[i]<<" "; } cout<<endl; */ } int main(){ //定义 vector<int> v; //添加元素 v.push_back(42); v.push_back(12); v.push_back(27); Disp(v); //释放元素 v.erase(v.begin()+1); Disp(v); //插入元素 v.insert(v.begin()+1,12); Disp(v); //size()大小 cout<<v.size()<<endl; //删除 //部分删除 v.erase(v.begin(),v.end()); //全部删除 //v.clear(); cout<<v.size()<<endl; return 0; }
✨2.3 vector
的简化版源码示例
该简化的 MyVector
类模拟了 vector
的基本功能,包括动态数组的管理、元素的添加、访问和扩容等。
#include <iostream> #include <stdexcept> using namespace std; template <typename T> class MyVector { private: T* data; // 存储元素的数组 size_t size; // 当前元素数量 size_t capacity; // 数组容量 public: // 构造函数 MyVector() : data(nullptr), size(0), capacity(0) {} // 析构函数 ~MyVector() { delete[] data; // 释放内存 } // 返回元素数量 size_t Size() const { return size; } // 添加元素到尾部 void PushBack(const T& value) { if (size == capacity) { // 如果容量不足,扩展数组 if (capacity == 0) { capacity = 1; // 初始容量为1 } else { capacity *= 2; // 容量翻倍 } T* newData = new T[capacity]; for (size_t i = 0; i < size; ++i) { newData[i] = data[i]; } delete[] data; data = newData; } data[size] = value; // 添加元素 size++; } // 访问元素 T& operator[](size_t index) { if (index < size) { return data[index]; } else { throw out_of_range("Index out of range"); } } }; int main() { MyVector<int> myVector; myVector.PushBack(42); myVector.PushBack(23); myVector.PushBack(17); for (size_t i = 0; i < myVector.Size(); i++) { cout << myVector[i] << " "; } return 0; }
🌍3. STL容器之map
✨3.1 map
在C++的STL(标准模板库)中,
map
是一种关联式容器,用于存储键-值对。它按照键的顺序进行排序,并且具有快速查找功能。
✨3.2 基本用法示例
⭐1. 包含头文件
#include <map>
⭐2. 创建一个空的map
map<string, int> myMap;
⭐3. 向 map
中插入键值对
myMap["Alice"] = 25; myMap["Bob"] = 30; myMap["Charlie"] = 35;
⭐4. 访问 map
中的值
int age = myMap["Alice"];
⭐5. 遍历输出
// 输出 for (auto it = myMap.begin(); it != myMap.end(); it++) { cout << it->first << ":" << it->second << endl; } // 使用迭代器遍历 map 中的键值对 for (const auto& pair : myMap) { cout << "Name: " << pair.first << ", Age: " << pair.second << endl; }
⭐6. 检查 map
中是否包含特定的键
if (myMap.find("Alice") != myMap.end()) { cout << "Alice is in the map." << endl; }
⭐7. 示例程序示例程序创建了一个 map
,向其中添加键值对,访问键值对的值,并检查特定的键是否存在。
#include <iostream> #include <map> using namespace std; void Disp(map<string,int> &m){ //输出方式一 for(auto it=m.begin();it!=m.end();it++){ cout<<it->first<<" : "<<it->second<<endl; } //输出方式二 /* for(const auto &p:m){ cout<<p.first<<" : "<<p.second<<endl; } */ } int main(){ //定义 map <string,int> m; //创建 m["Alice"]=42; m["Ella"]=24; m["ackac"]=15; Disp(m); //查找相应值 //没找到对应元素则返回m.end(),若该元素处在末尾则它的下个元素是m.end() if (m.find("Alice") != m.end()) { cout << "Alice is in the map." << endl; } else{ cout << "Alice is't in the map." << endl; } //访问对应值 int k=m["Alice"]; cout<<k<<endl; return 0; }
✨3.3 map
的简化版源码示例
map
是 C++ 标准库提供的关联容器,它实际上是一个基于红黑树的有序关联容器,用于存储键值对,并能够按键的排序顺序进行访问。这个简化的 MyMap
类模拟了 map
的一些基本功能,包括插入和查找键值对。在实际的 map
实现中,还包括了红黑树平衡操作等,以确保高效的键值对查找和维护有序性。
#include <iostream> #include <map> #include <string> using namespace std; int main() { // 创建一个空的 map,用于存储名字和年龄的关联关系 map<string, int> myMap; // 向 map 中插入键值对 myMap["Alice"] = 25; myMap["Bob"] = 30; myMap["Charlie"] = 35; // 使用迭代器遍历 map 中的键值对 for (const auto& pair : myMap) { cout << "Name: " << pair.first << ", Age: " << pair.second << endl; } // 访问特定键的值 int age = myMap["Alice"]; cout << "Alice's age is " << age << endl; // 检查特定键是否存在于 map 中 if (myMap.find("Alice") != myMap.end()) { cout << "Alice is in the map." << endl; } return 0; }
🌍4. STL容器之set
✨4.1 set
set
是C++标准模板库[STL]中的一个关联容器,它提供了一种有序的、不重复的集合。set
使用红黑树实现,这使得它的插入、删除和查找操作都具有较好的性能。以下是
set
的一些关键特点:
- 有序性:
set
中的元素是按照严格的弱顺序排列的。默认情况下,元素按升序排序,但可以通过提供自定义的比较函数来实现不同的排序方式。- 唯一性:
set
中不允许重复的元素,每个元素在集合中只能出现一次。- 动态操作:
set
支持插入和删除操作,可以在运行时动态地改变集合的大小。- 快速查找: 由于底层实现采用了红黑树,
set
提供了快速的查找操作。查找的平均复杂度是O(log n)。
✨4.2 基本用法示例
⭐2.1 包含头文件
#include <set>
⭐2.2 创建一个空的 set
set<int> mySet;
⭐2.3 向 set
中添加元素
没有mySet[i],不能像使用数组或类似容器(如
vector
)那样使用索引访问元素。set
是基于红黑树实现的关联容器,它不提供通过索引直接访问元素的功能。因此,使用mySet[1]
这样的语法会导致编译错误。
// 插入元素 mySet.insert(10); mySet.insert(5); mySet.insert(20); mySet.insert(15); //默认升序 5 10 15 20 set<int> mySet = {50,10,20,30,40}; //存储还是{10,20,30,40,50}
⭐2.4 获取 set
的大小
int size = mySet.size();
⭐2.5 遍历元素
/*遍历方式*/ //遍历 for(int value :mySet){ cout<<value<<" "; } cout<<endl; // 使用迭代器遍历set中的元素 for (auto it = mySet.begin(); it != mySet.end(); it++) { cout << " " << *it; } cout << endl; // 使用范围-based for 遍历 for (const auto& element : mySet) { cout << " " << element; } cout << endl;
⭐2.6 删除元素
set不支持通过迭代器的算术运算进行定位和删除元素。因为
set
是一个关联容器,它的元素是按照某种比较准则有序排列的,而不是按照它们在容器中的物理位置排列的。
mySet.erase(15);//删除值为15的元素 //mySet.erase(mySet.begin()+1); is error!
⭐2.7 查找find()
返回值:
- 如果找到元素,返回指向该元素的迭代器。
- 如果未找到元素,返回容器的
end
迭代器。注意:如果找到的元素在最后一个,返回的则不是end迭代器!
#include <iostream> #include <set> using namespace std; int main() { set<int> mySet = {50,10,20,30,40}; // 使用 find 查找元素 set<int>::iterator it = mySet.find(30);//返回的是迭代器对象,未找到则返回mySet.end() // 检查是否找到 if (it != mySet.end()) { cout << "元素 30 找到了,位置是:" << distance(mySet.begin(), it) << endl; } else { cout << "元素 30 未找到。" << endl; } return 0; } /*输出: 元素 30 找到了,位置是:2 */
⭐2.8 清空 set
mySet.clear();
⭐2.9 示例程序
#include <iostream> #include <set> using namespace std; void Disp(set<int> s){ //遍历方式一 for(int value:s){ cout<<value<<" "; } cout<<endl; //遍历方式二 /* for (auto it = s.begin(); it != s.end(); it++) { cout<< *it << " "; } cout << endl; //遍历方式三 for (const auto& it : s) { cout<< it << " "; } cout << endl; */ } int main(){ //定义 set <int> s; //插入 s.insert(42); s.insert(24); s.insert(12); Disp(s); //再次定义,原来的值被删除 s={4,11,22,33,55,66,77}; Disp(s); //输出 s.erase(4); Disp(s); //size() cout<<s.size()<<endl; //查找 set<int>::iterator it = s.find(30);//返回的是迭代器对象,未找到则返回mySet.end() if (it != s.end()) { cout << "元素 30 找到了,位置是:" << distance(s.begin(), it) << endl; } else { cout << "元素 30 未找到。" << endl; } //清空 s.clear(); cout<<s.size()<<endl; return 0; }