C++容器算法

容器算法

容器算法

<algorithm>是c++自带的容器算法，提供一系列实用的算法。在谈到容器算法，我们大概率会用到谓词predicate，谓词返回的类型是布尔类型(bool)可以是lambda表达式、函数对象以及其它可调用的对象。一般在实现中，predict是一元谓词，compare是二元谓词。

查找

find()查找元素

find接受三个参数，第三个参数是值类型，set、map自带count函数也能实现这样的功能，返回值0表示不存在。为了方便本次连带find_if、find_if_not、find_first_of、find_end和adjacent_find一起举例。

vector<int> a{1, 1, 2, 3, 4, 4, 5};
vector<int> b{5, 6, 6};
find(a.begin(), a.end(), 3); // 返回的是迭代器，未查找到返回a.end()
find_if(a.begin(), a.end(), [](auto x){return x != 3;}); //接受一个一元谓词，找到第一个满足条件的元素
find_if_not(a.begin(), a.end(), [](auto x){return x != 3;}); //接受一个一元谓词，找到第一个不满足条件的元素

// find_first_of找到存在于第一个范围的第二个范围中的第一个元素（可能并不是第二个范围第一个元素）返回迭代器，也支持一个二元谓词。
vector<int> a{1, 1, 2, 3, 4, 4, 5};
vector<int> b{6, 5, 6};
auto it = find_first_of(a.begin(), a.end(), b.begin(), b.end());
cout << *it << endl; // 返回5

// find_end找到最后一个匹配子序列的位置，返回最后一个子序列开始的迭代器，也支持一个二元谓词
vector<int> a{1, 1, 2, 3, 1, 4, 1, 2};
vector<int> b{1, 2};
auto it = find_end(a.begin(), a.end(), b.begin(), b.end());
cout << distance(a.begin(), it) << endl; // 6指向第7个元素

// adjcent_find找到两个值邻近的元素，返回指向找到的第一个元素的迭代器，接受一个二元谓词
vector<int> a{1, 1, 2, 3, 4, 1, 2};
vector<int> b{1, 2};
auto it = adjacent_find(a.begin(), a.end());
auto it = adjacent_find(a.begin(), a.end(), 
    [](auto a, auto b)->bool{return  a + b = 10;});
cout << *it << endl;

all_of()基于find_if_not实现，支持一个一元谓词。

all_of(a.begin(), a.end(), [](auto x){return x != 3;}); // 判断所有元素是否满足条件，返回值是bool值

any_of()基于none_of实现，none_of基于find_if()实现，

non_of(a.begin(), a.end(), [](auto x){return x != 3;}); // 判断所有元素是否都不满足条件
any_of(a.begin(), a.end(), [](auto x){return x != 3;}); // 任意数量的元素满足条件都返回true

去重

unique(nums.begin(), nums.end())除掉连续相同的值

unique函数的作用是删除掉的连续的相同的值,unique还支持传入二元谓词（可以理解为一个参数的函数），会返回一个迭代器it，但是并不是end()，中间是未指定的值(访问可能会产生未定义行为)。注意不要用set和map，返回的都是常量迭代器是无法改变的，即其指向的元素无法改变。

// 无谓词写法
vector<int> a{1, 1, 2, 3, 4, 4, 5};
auto it = unique(a.begin(), a.end()); // 此时a为{1, 2, 3, 4, 5}
for_each(a.begin(), a.end(), [](auto it){cout << it << endl;}); // 输出为{1, 2, 3, 4, 5, 4, 5}
for_each(a.begin(), it, [](auto it){cout << it << endl;}); // 输出为{1, 2, 3, 4, 5}
// 有二元谓词
vector<int> a{1, 1, 2, 3, 4, 4, 5};
auto it = unique(a.begin(), 
    a.end(), [](auto a, auto b) -> bool{return  a != b;}); // 此时a为{1, 2, 3, 4, 5}，lambda表达式作为一个二元谓词，每次从数组中取两个严肃进行判断，然后删除不相等的元素。
for_each(a.begin(), a.end(), [](auto it) -> int{cout << it << endl;}); // Error，这是因为unique将返回的迭代器到之后的end()迭代器指向的值删除了，但是空间还在。此时访问，会发生未定义行为。
for_each(a.begin(), it, [](auto xs){cout << xs << endl;}); // 1，1
cout << distance(a.begin(), a.end()) << endl; // 7，distance求算距离是7

unique_copy()除掉连续相同的值并复制到目标容器

注意，使用此函数之前先分配空间，再使用unique_copy并不进行内存分配，只是赋值给另一个容器，如果访问未赋值部分的容器区域，那么会产生未定义行为。同样，也支持二元谓词，通过二元谓词判定移除连续值。

vector<int> a{1, 1, 2, 3, 4, 4, 5};
vector<int> b(7, 0);
auto it = unique_copy(a.begin(), a.end(), b.begin());
for_each(b.begin(), it, [](auto xs){cout << xs << endl;}); // out: 1 2 3 4 5

// 二元谓词, 一般不要使用二元谓词与数字直接进行比较，可以使用remove实现
auto it = unique_copy(a.begin(),
    a.end(), b.begin(), [x](auto a, auto b)
    -> bool{return a == 3;});
for_each(b.begin(), it, [](auto xs){cout << xs << endl;}); // out: 1 1 2 3，解释值等于3才会进行unique_copy

auto it = unique_copy(a.begin(),
    a.end(), b.begin(), [x](auto a, auto b)
    -> bool{return a == b;});
for_each(b.begin(), it, [](auto xs){cout << xs << endl;}); // out: 1 2 3 4 5，解释a = b，才会进行复制

排序

sort()对容器进行排序

sort用于实现容器元素的排序，sort也同样接受二元谓词

sort(a.begin(), a.end());
sort(a.begin(), a.end(), greater<>()); // 使用库中自带的greater\less对象

迭代器差值

distance()求迭代之间距离

distance用于求算两个迭代器之间的差值，只用于同一容器, set，map，vector都可以用。
```
distance(c.begin(), c.end());
```

遍历容器

for_each()和for_each_n遍历容器每个元素并执行函数规定的操作，第三个参数是一个函数。如果要对迭代器指向的元素修改，那么set就是不可以的，因为set返回的是常量迭代器。

array<int, 5> a{1, 2, 3, 4, 5};
for_each(a.begin(), a.end(), [](int& x){cout<< x; x *= 2;}); // 此时元素值会发生改变，因为捕获的是引用。
for_each(a.begin(), a.end(), [](auto x) -> void{x *= 2; cout << x;}); // 此时元素值不会发生改变，捕获的是值，会变为副本。
for_each_n(a.begin, 5, [](auto x) -> void{x *= 2; cout << x;}); // 第二个参数指定操作的数量n, 对n个元素进行操作。

复制元素

copy()能够将容器中的元素复制到输出迭代器之后out iterator，谨慎使用map和set，不一定可用。

vector<vector<int>> sx(1);
// 建议复制前先分配多个空间，避免不必要的扩容
copy(sx.begin(), sx.end() , sx.begin()); // 可以将[begin, end)之间的元素复制到从begin()开始的位置。这种操作会将原先的元素覆盖一次

// 一个有意思的做法是使用back_inserter指明要进行尾插法，某些支持双向插入的容器也可以转变未尾插容器，省去了一些需要选择插入函数的麻烦。
// set、map类红黑树容器不存在后插方法，无法进行此类调用，注意
copy(sx.begin(), sx.end() , back_inserter(sx)); // 负值时会在末尾插入元素

vector<int> a{1, 2, 3};
set<int> s;
copy(a.begin(), a.end() , back_inserter(s)); // Error

// 接下来我们考虑一个向vector<vector<int>>复制的问题
vector<vector<int>> v(1)； // 此时外部vector容量为1，size也是1。说明内部存在一个vector容器元素，但是此时vector[0]的size和capacity都是0，是一个空容器。
copy(v.begin(), v.end(), back_inserter(v)); // 此时内部空容器是2个

copy_backward()反向copy能够将容器中元素复制到输出迭代器之前。

map、set类也不支持。这个容器算法会覆盖掉输出迭代器之前的元素

vector<int> a{1, 2, 3, 4, 5, 6};
set<int> s;
copy_backward(a.begin(), a.end() , s); // Error
copy_backward(a.begin(), a.begin() + 3, a.end()); // OK a{1, 2, 3, 1, 2, 3}
copy_backward(a.begin(), a.begin() + 3, a.begin()); // OK，但是数组不会发生任何改变，相当于复制到begin()迭代器之前没有意义。

copy_n()复制n个元素到结果容器，不能使用map和set
```
copy_n(a.begin(), n, b.begin()); // 底层是copy()实现
```

copy_if()，不能使用map和set

copy_n(a.begin(), a.end(), b.begin(), greater<>); // 二元谓词

全排列

next_permutation提供返回容器的一个全排列，也支持一个二元谓词。

next_permutation(a.begin(), a.end());

取集合

set_intersection取交集、set_union取并集、set_difference取单侧差集，set_symmetric_difference取两侧差集，值得注意的是set_difference在输出到结果容器中只会输出第一个容器中的元素（不管第一个容器的元素是否少于第二个容器的元素）。这四个函数都接受一个二元谓词。注意：map和set无法使用，因为其不知处后插方法。应用场景：vector等容器。

vector<int> a{1, 2, 2, 6, 7, 9};
vector<int> b{1, 2, 5, 8, 10};
vector<int> interResult;
vector<int> unionResult;
vector<int> differenceResult;
vector<int> symmetricResult;
set_intersection(a.begin(), a.end(),b.begin(), b.end(), back_inserter(interResult));
set_union(a.begin(), a.end(),b.begin(), b.end(), back_inserter(unionResult));
set_difference(a.begin(), a.end(),b.begin(), b.end(), back_inserter(differenceResult));
set_symmetric_difference(a.begin(), a.end(),b.begin(), b.end(), back_inserter(symmetricResult));

cout << "intersection:" <<endl;
for_each(interResult.begin(), interResult.end(), [](auto& item){cout << item << ":";});
cout << endl;
cout << "differencesection:" <<endl;
for_each(differenceResult.begin(), differenceResult.end(), [](auto& item){cout << item << ":";});
cout << endl;
cout << "unionsection:" <<endl;
for_each(unionResult.begin(), unionResult.end(), [](auto& item){cout << item << ":";});
cout << endl;
cout << "symmetric_diff_section:" <<endl;
for_each(symmetricDifferenceResult.begin(), symmetricDifferenceResult.end(), [](auto& item){cout << item << ":";});
/* output
* intersection:
* 1:2:
* differencesection:
* 2:6:7:9:
* unionsection:
* 1:2:2:5:6:7:8:9:10:
* symmetric_diff_section: 
* 2:6:7:9:5:8:10 */

搜索

search搜索串中的子序列，search_n搜索串中固定数量的连续重复值。search_n接受一个二元谓词，两个函数都能够使用set和map。search接受一个searcher可调用对象，但是search_n对于set是没有意义的，因为set中不存在重复值

vector<int> a{1,1,1,4};
vector<int> b{1,2};
auto it = search(a.begin(), a.end(),b.begin(), b.end());
auto xs = search_n(a.begin(), a.end(), 3, 1);
int ret = it == a.end()? -1 : 1;
int res = xs == a.end()? -1 : 1;
cout << ret <<endl; // -1; 未找到
cout << res << endl; // 1; 找到了{1，1，1}

计数

count计数特定值的数量，count_if也存在一个接受一元谓词。count_if和count，所有map和set也不可用。

vector<int> a{1,1,1,4};
vector<int> b{1,2};

int num1 = count(a.begin(), a.end(), 1);
int num2 = count_if(a.begin(), a.end(), 
    [](auto a){return a > 0;});
cout << num1 << endl; // 3
cout << num2 << endl; // 4

限制数值范围

clamp用于限制数值的范围在特定范围内，支持任意类型的val。如果val比lo低，则返回lo；如果val介于lo和hi之间，返回val；如果val大于hi，返回val。同样也接受一个二元谓词。

int x = clamp(val, 1o, hi); // 底层使用min和max实现,min(max(val, lo), hi)

填充

fill和fill_n，可用于初始化特定容器，避免未定义错误, map和set无法使用。

void Print(const array<int, 5>& a)
{
    for_each(a.begin(), a.end(), [](auto item){cout << item << ":";});
}

int main()
{
    array<int, 5> a;
    fill(a.begin(), a.end(), 0);
    fill_n(a.begin(), 3, 1);
    Print(a); // {1,1,1,0,0}
}

等于

equal()适用于判断两个序列是否相等，接受一个二元谓词，可以用于map和set。

map<int, int> a{{1,2}, {3, 4}};
map<int, int> b{{1,2}, {3, 4}};
bool flag = equal(a.begin(), a.end(), b.begin(), b.end());
if (flag == true) cout << "Yes" << endl;

二分查找

binary_search()基于lower_bound()实现二分法找到特定值，返回值为bool，支持一个二元谓词，所以将upper_bound()也放在一起讲解。三个函数都已使用set，但是要注意set不支持迭代器直接减。upper_bound()返回的是第一个大于特定元素值的迭代器位置。lower_bound(), 用于查找第一个不小于特定值的元素，返回迭代器。

vector<int> a{1, 2, 4, 6, 10};
auto it = binary_search(a.begin(), a.end(), 5);
if (it == true) cout << "Yes" << endl;
it = upper_bound(a.begin(), a.end(), 5);
cout << distance(a.begin(), it) << endl; // 3指向6的位置
// 以下也可以
cout << it - a.begin() << endl; // vector等类似容器可直接减

// 这样也是可以的
set<int> a{1, 2, 4, 5, 6, 10}; 
auto it = upper_bound(a.begin(), a.end(), 5); // it指向6
it = lower_bound(a.begin(), a.end(), 5); // it指向5
cout << distance(a.begin(), it)<< endl;

移除

remove()底层是基于find_if实现的，接受一个一元谓词predict。不可用于map和set，因为会更改常量迭代器指向的元素。

vector<int> a{1, 2, 2, 6, 7, 9};
auto it = remove(a.begin(), a.end(),2); // 返回值是移除后序列最后一个元素的下一个迭代器。
cout << a[4] << endl; // 返回7，这是因为实际上，移除元素是将其后的元素复制到删除的位置，所以map和set不可用
cout << it - a.begin() << endl; // 4
cout << a.size() << endl; // 6 因为空间并未删除，实际上还是有6个元素，所以size不变
cout << a.capacity() << endl; // 6，此时空间也是6

posted @ 2024-08-27 23:59 LemHou 阅读(267) 评论(0) 编辑收藏举报

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