C++_标准模板库STL概念介绍4-算法

柔光的暖阳◎ 2021-12-16 16:57 483阅读 0赞

STL包含很多处理容器的非成员函数:

sort()

copy()

find()

random_shuffle()

set_union()

set_intersection()

set_difference()

transform()

它们的总体设计是相同的,都使用迭代器来标识要处理的数据区间和结果的放置位置。

有些函数还接受一个函数对象参数,并使用它来处理数据。

对于算法函数设计来说、有两个主要的通用部分:

1)都使用模板来提供泛型;

2)都使用迭代器来提供访问容器中数据的通用表示;

因为指针是一种特殊的迭代器,因此诸如copy()等STL函数可用于常规数组。

统一的容器设计使得不同类型的容器之间具有明显关系。

====================================================

一、算法组:

STL将算法库分成4组:

1)非修改式序列操作

2)修改式序列操作

3)排序和相关操作

4) 通用数字运算

非修改式序列操作对区间中的每个元素进行操作。这些操作不修改容器的内容。

修改式序列操作也对区间中的每个元素进行操作。它们可以修改容器的内容。可以修改值,也可以修改值的排列顺序。

排序和相关操作包括多个排序函数(包括sort())和其他各种函数,包括集合操作。

数字操作包括将区间的内容累积、计算两个容器的内部乘积、计算小计、计算相邻对象差的函数。

====================================================

二、算法的通用特征:

STL函数使用迭代器和迭代器区间。从函数原型可知有关迭代器的假设。

例如:copy()函数的原型如下

template

OutputIterator copy(InputIterator first, InputIterator last, OutputIterator result);

对算法进行分类的方式之一,就是按结果放置的位置进行分类。

有些算法就地完成工作,有些则创建拷贝。

在sort()函数完成时,结果被存放在原始数据的位置上,因此sort()是就地算法

copy()函数将结果发送到另一个位置,所以它是复制算法

transform()函数可以以这两种方式完成工作。与copy()相似,它使用输出迭代器指示结果的存储位置;

与copy()不同的是,transform()允许输出迭代器指向输入区间,因此它可以用计算结果覆盖原来的值。

有些算法有两个版本:就地版本复制版本。STL的约定是,复制版本的名称将以_copy结尾

例如,函数replace()的原型如下:

template

void replace(ForwardIterator first, ForwardIterator last, const T& old_value, const T& new_value);

它将所有的old_value替换为new_value,这是就地发生的。

复制版本的原型如下:

template

OutputIterator replace_copy(InputIterator first, InputIterator last, OutputIterator result, const T& old_value, const T& new_value);

结果被复制到result指定的新位置。

注意replace_copy返回类型为OutputIterator,对于复制算法而言,统一的约定是,返回一个迭代器,该迭代器指向复制的最后一个值后面的一个位置。

还有一种常见的变体:

以_if结尾的;根据将函数应用于容器元素得到的结果来执行操作。//这段话很绕,不是很理解

原型如下:

template

void replace_if(ForwardIterator first, ForwardIterator last, Predicate pred, const T& new_value);

Predicate是模板参数名称,可以为T或者U。然而,STL选择用Predicate来提醒用户,实参应模拟Predicate概念。

同样,STL使用诸如Generator和BinaryPredicate等术语来指示必须模拟其他函数对象概念的参数。

虽然STL文档可以指定迭代器或函数符的需求,但编译器不会对此进行检查。

如果您使用了错误的迭代器,则编译器试图实例化模板时,将出现大量错误信息。

====================================================

三、STL和string类:

sting类虽然不是STL的组成部分,但设计它时考虑到了STL。

例如,它包含begin()、end()、rbegin()和rend()等成员,因此可以使用STL接口。

下面的例子是用STL显示了一个词的字母可以得到的所有排列组合。

  1. 1 // strgst1.cpp -- applying the STL to a string
  2. 2 #include <iostream>
  3. 3 #include <string>
  4. 4 #include <algorithm>
  5. 5
  6. 6 int main()
  7. 7 {
  8. 8 using namespace std;
  9. 9 string letters;
  10. 10 cout<<"Enter the letter grouping (quit to quit): ";
  11. 11 while(cin>>letters && letters != "quit")
  12. 12 {
  13. 13 cout<<"Permutations of "<<letters<<endl;
  14. 14 sort(letters.begin(), letters.end());
  15. 15 cout<<letters<<endl;
  16. 16 while (next_permutation(letter.begin(), letter.end()))
  17. 17 cout<<letter<<endl;
  18. 18 cout<<"Enter next sequence (quit to quit): ";
  19. 19 }
  20. 20 cout<<"Done.\n";
  21. 21 return 0;
  22. 22 }

====================================================

四、函数和容器方法:

有时可以选择使用STL方法或者STL函数。通常方法是更好的选择

因为,它更适合特定的容器,其次容器方法作为成员函数,它可以使用模板类的内存管理工具,从而在需要的时候调整容器的长度。

举个例子,假设有一个由数字组成的链表,并要删除链表中某个特定值(例如4)的所有实例。

如果la是一个list对象,则可以使用链表的remove()方法:

la.remove(4); //remove all 4s from the list;

调用该方法后,链表中所有值为4的元素都将被删除,同时链表的长度将被自动调整。

还有一个名为remove()的STL算法,它不是由对象调用,而是接受区间参数。因此如果lb是一个list对象,则调用该函数的代码如下:

remove(lb.begin(), lb.end(), 4);

然而,由于该remove()函数不是成员,因此不能调整链表的长度。它将没被删除的元素放在链表的开始位置,并返回一个指向新的超尾值得迭代器。

这样,便可以用迭代器来修改容器的长度。

例如,可以使用链表的erase()方法来删除一个区间,该区间描述了链表中不再需要的部分。

下面是一个例子,演示了如何进行:

  1. 1 //listrmv.cpp -- applying the STL to a string
  2. 2 #inclue <iostream>
  3. 3 #inclue <list>
  4. 4 #inclue <algorithm>
  5. 5
  6. 6 void Show(int);
  7. 7 const int LIM = 10;
  8. 8
  9. 9 int main()
  10. 10 {
  11. 11 using namespace std;
  12. 12 int ar[LIM] = {
  13. 4,5,4,2,2,3,4,8,1,4};
  14. 13 list<int> la(ar, ar+LIM);
  15. 14 list<int> lb(la);
  16. 15 cout<<"Original list contents:\n\t";
  17. 16 for_each(la.begin(), la.end(), Show);
  18. 17
  19. 18 cout<<endl;
  20. 19 la.remove(4);
  21. 20 cout<<"After using the remove() method:\n";
  22. 21 cout<<"la:\t";
  23. 22 for_each(la.begin(), la.end(), Show);
  24. 23 cout<<endl;
  25. 24
  26. 25 list<int>::iterator last;
  27. 26 last = remove(la.begin(), lb.end(), 4);
  28. 27 cout<<"After using the remove() function:\n";
  29. 28 cout<<"lb:\t";
  30. 29 for_each(lb.begin(), lb.end(), Show);
  31. 30 cout<<endl;
  32. 31
  33. 32 lb.erase(last, lb.end());
  34. 33 cout<<"After using the erase() method:\n";
  35. 34 cout<<"lb:\t";
  36. 35 for_each(lb.begin(), lb.end(), Show);
  37. 36 cout<<endl;
  38. 37 return 0;
  39. 38 }
  40. 39
  41. 40 void Show(int v)
  42. 41 {
  43. 42 std::cout<<v<<' ';
  44. 43 }

程序输出:

  1. Original list contents:
  2. 4 5 4 2 2 3 4 8 1 4
  3. After using the remove() method:
  4. la: 5 2 2 3 8 1
  5. After using the remove() function:
  6. lb: 5 2 2 3 8 1 4 8 1 4
  7. After using the erase() method:
  8. lb: 5 2 2 3 8 1

====================================================

五、使用STL:

STL是一个库,其组成部分被设计成协同工作。

STL组件是工具,但也是创建其他工具的部件。

接下来用一个例子来练习:

假设要编写一个程序,让用户输入单词。希望最后得到一个按输入顺序排列的单词列表、

一个按字母顺序排列的单词列表(忽略大小写),并记录每个单词被输入的次数。

出于简化的目的,假设输入的过程中不添加数字和标点符号。

输入和保存单词列表很简单,创建一个vector对象,并用push_back()将输入的单词添加到矢量中

vector words;

string input;

while(cin>>input && input != ‘quit’)

  words.push_back(input);

接下来如何将得到的单词列表按字母顺序排列

为了避免覆盖原始数据,不能够使用就地算法。

可以创建一个set对象,然后将矢量中的单词复制到集合中(需要使用迭代器)。

set wordset;

transform(words.begin(), words.end(), insert_iterator>(wordset, wordset.begin()), ToLower)

至于ToLower函数的编写如下:

string & ToLower(string & st)

{

  transform(st.begin(), st.end(), st.begin(), tolower);

  return st ;

}

有些情况下,tolower()函数被定义为int tolower(int),而我们希望函数与元素类型相匹配。

char toLower(char ch) {return tolower(ch);}

要获得每个单词在输入中出现的次数,可以使用count()函数。

它将一个区间和一个值作为参数,并返回这个值在区间中出现的次数。

map wordmap;

set::iterator si;

for(si = wordset.begin(), si != wordset.end(), si++)

  wordmap.insert(pair(*si, count(words.begin(), words.end(), *si)));

map类有个有趣的特征,可以用数组表示法(将键作为索引)来访问存储的值。

例如,wordmap[“the”]表示与键“the”相关联的值,这里是字符串“the”出现的次数。

因为wordset容器保存了wordmap使用的全部键,所以可以用下面的代码来存储结果:

for(si = wordset.begin(), si != wordset.end(), si++)

  wordmap[*si] = count(words.begin(), words.end(), *si);

同样也可以使用数组表示法来报告结果:

for(si = wordset.begin(), si !=wordset.end(), si++)

  cout<<*si<<”: “<<wordmap[*si]<<endl;

  1. 1 //usealgo.cpp -- using several STL elements
  2. 2 #include <iostream>
  3. 3 #include <string>
  4. 4 #include <vector>
  5. 5 #include <set>
  6. 6 #include <map>
  7. 7 #include <iteraotor>
  8. 8 #include <algorithm>
  9. 9 #include <cctype>
  10. 10
  11. 11 using namespace std;
  12. 12
  13. 13 char toLower(cahr ch) {
  14. return tolower(ch);}
  15. 14 string & ToLower(string & st);
  16. 15 void display(const string & s);
  17. 16
  18. 17 int main()
  19. 18 {
  20. 19 vector<string> words;
  21. 20 cout<<"Enter words(enter quit to quit):\n";
  22. 21 string input;
  23. 22 while(cin>>input && input != "quit")
  24. 23 words.push_back(input);
  25. 24
  26. 25 cout<<"You entered the following words:\n";
  27. 26 for_each(words.begin(), words.end(), display);
  28. 27 cout<<endl;
  29. 28
  30. 29 //place words in set, converting to lowecase
  31. 30 set<string> wordset;
  32. 31 transform(words.begin(),words.end(), insert_iterator<set<string>>(wordset, wordset.begin()));
  33. 32 cout<<"\nAlphabetic list of words:\n";
  34. 33 for_each(wordset.begin(), wordset.end(), display);
  35. 34 cout<<endl;
  36. 35
  37. 36 //place word and frequency in map
  38. 37 map<string, int> wordmap;
  39. 38 set<string> :: iterator si;
  40. 39 for(si = wordset.begin(); si != wordset.end(); si++)
  41. 40 wordmap[*si] = count(words.begin(), words.end(), *si);
  42. 41 //display map contents
  43. 42 cout<<"\nWord frequency:\n";
  44. 43 for(si = wordset.begin(); si != wordset.end(); si++)
  45. 44 cout<<*si<<": "<<wordmap[*si]<<endl;
  46. 45 return 0;
  47. 46 }
  48. 47
  49. 48 string & ToLower(string & st)
  50. 49 {
  51. 50 transform(st.begin(), st.end(), st.begin(), toLower);
  52. 51 return st;
  53. 52 }
  54. 53
  55. 54 woid display(const string & s)
  56. 55 {
  57. 56 cout<<s<<" ";
  58. 57 }

STL使用时应尽可能减少要编写的代码。

STL通用、灵活的设计将节省大量的工作。

另外,STL的设计者都是非常关心效率的算法人员,

算法是经过仔细选择的,并且是内联的。

转载于:https://www.cnblogs.com/grooovvve/p/10491685.html

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