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模板

1 模板概念及分类

模板是 C++ 提供的 泛型编程 支持 核心目的： 不写重复代码，让类型做参数

C++ 里模板分两大类：
1️⃣ 函数模板
2️⃣ 类模板

2 函数模板

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表

语法：

C++
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template<typename T>
函数声明或定义

解释：

  • template --- 声明创建模板
  • typename --- 表面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

示例：

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// 交换整形函数
void swapInt(int& a, int& b){
    int temp = a;
    a = b;
    b = temp;
}

// 交换浮点型函数
void swapDouble(double& a, double& b){
    double temp = a;
    a = b;
    b = temp;
}


// 利用模板提供通用的模板函数
template<typename T>
void mySwap(T& a, T& b){
    T temp = a;
    a = b;
    b = temp;
}

void test01(){
    int a = 10;
    int b = 20;

    swapInt(a, b);

    // 利用模板实现交换
    // 1. 自动类型推导
    mySwap(a, b);
    // 2. 显示指定类型
    mySwap<int>(a, b);
    cout << "a = " << a << endl;
    cout << "b = " << b << endl;
}

int main(){
    test01();
    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

2.1 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

示例：

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//利用模板提供通用的交换函数
template<class T>
void mySwap(T& a, T& b)
{
    T temp = a;
    a = b;
    b = temp;
}


// 1、自动类型推导，必须推导出一致的数据类型T,才可以使用
void test01()
{
    int a = 10;
    int b = 20;
    char c = 'c';

    mySwap(a, b); // 正确，可以推导出一致的T
    //mySwap(a, c); // 错误，推导不出一致的T类型
}


// 2、模板必须要确定出T的数据类型，才可以使用
template<class T>
void func()
{
    cout << "func 调用" << endl;
}

void test02()
{
    //func(); //错误，模板不能独立使用，必须确定出T的类型
    func<int>(); //利用显示指定类型的方式，给T一个类型，才可以使用该模板
}

int main() {

    test01();
    test02();

    system("pause");

    return 0;
}

总结：

  • 使用模板时必须确定出通用数据类型T，并且能够推导出一致的类型

2.2 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

示例：

C++
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//交换的函数模板
template<typename T>
void mySwap(T &a, T&b)
{
    T temp = a;
    a = b;
    b = temp;
}


template<class T> // 也可以替换成typename
//利用选择排序，进行对数组从大到小的排序
void mySort(T arr[], int len)
{
    for (int i = 0; i < len; i++)
    {
        int max = i; //最大数的下标
        for (int j = i + 1; j < len; j++)
        {
            if (arr[max] < arr[j])
            {
                max = j;
            }
        }
        if (max != i) //如果最大数的下标不是i，交换两者
        {
            mySwap(arr[max], arr[i]);
        }
    }
}
template<typename T>
void printArray(T arr[], int len) {

    for (int i = 0; i < len; i++) {
        cout << arr[i] << " ";
    }
    cout << endl;
}
void test01()
{
    //测试char数组
    char charArr[] = "bdcfeagh";
    int num = sizeof(charArr) / sizeof(char);
    mySort(charArr, num);
    printArray(charArr, num);
}

void test02()
{
    //测试int数组
    int intArr[] = { 7, 5, 8, 1, 3, 9, 2, 4, 6 };
    int num = sizeof(intArr) / sizeof(int);
    mySort(intArr, num);
    printArray(intArr, num);
}

int main() {

    test01();
    test02();

    system("pause");

    return 0;
}

总结：模板可以提高代码复用，需要熟练掌握

2.3 函数模板与普通函数

2.3.1 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

示例：

C++
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//普通函数
int myAdd01(int a, int b)
{
    return a + b;
}

//函数模板
template<class T>
T myAdd02(T a, T b)  
{
    return a + b;
}

//使用函数模板时，如果用自动类型推导，不会发生自动类型转换,即隐式类型转换
void test01()
{
    int a = 10;
    int b = 20;
    char c = 'c';

    cout << myAdd01(a, c) << endl; //正确，将char类型的'c'隐式转换为int类型  'c' 对应 ASCII码 99

    //myAdd02(a, c); // 报错，使用自动类型推导时，不会发生隐式类型转换

    myAdd02<int>(a, c); //正确，如果用显示指定类型，可以发生隐式类型转换
}

int main() {

    test01();

    system("pause");

    return 0;
}

总结：建议使用显示指定类型的方式，调用函数模板，因为可以自己确定通用类型T

2.3.2 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

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//普通函数与函数模板调用规则
void myPrint(int a, int b)
{
    cout << "调用的普通函数" << endl;
}

template<typename T>
void myPrint(T a, T b) 
{ 
    cout << "调用的模板" << endl;
}

template<typename T>
void myPrint(T a, T b, T c) 
{ 
    cout << "调用重载的模板" << endl; 
}

void test01()
{
    //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
    // 注意 如果告诉编译器  普通函数是有的，但只是声明没有实现，或者不在当前文件内实现，就会报错找不到
    int a = 10;
    int b = 20;
    myPrint(a, b); //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
    myPrint<>(a, b); //调用函数模板

    //3、函数模板也可以发生重载
    int c = 30;
    myPrint(a, b, c); //调用重载的函数模板

    //4、 如果函数模板可以产生更好的匹配,优先调用函数模板
    char c1 = 'a';
    char c2 = 'b';
    myPrint(c1, c2); //调用函数模板
}

int main() {

    test01();

    system("pause");

    return 0;
}

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

2.4 函数模板局限性

例如：

C++
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    template<class T>
    void f(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

再例如：

C++
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    template<class T>
    void f(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

示例：

C++
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#include<iostream>
using namespace std;

#include <string>

class Person
{
public:
    Person(string name, int age)
    {
        this->m_Name = name;
        this->m_Age = age;
    }
    string m_Name;
    int m_Age;
};

//普通函数模板
template<class T>
bool myCompare(T& a, T& b)
{
    if (a == b)
    {
        return true;
    }
    else
    {
        return false;
    }
}


//具体化，显示具体化的原型和定意思以template<>开头，并通过名称来指出类型
//具体化优先于常规模板
template<> bool myCompare(Person &p1, Person &p2)
{
    if ( p1.m_Name  == p2.m_Name && p1.m_Age == p2.m_Age)
    {
        return true;
    }
    else
    {
        return false;
    }
}

void test01()
{
    int a = 10;
    int b = 20;
    //内置数据类型可以直接使用通用的函数模板
    bool ret = myCompare(a, b);
    if (ret)
    {
        cout << "a == b " << endl;
    }
    else
    {
        cout << "a != b " << endl;
    }
}

void test02()
{
    Person p1("Tom", 10);
    Person p2("Tom", 10);
    //自定义数据类型，不会调用普通的函数模板
    //可以创建具体化的Person数据类型的模板，用于特殊处理这个类型
    bool ret = myCompare(p1, p2);
    if (ret)
    {
        cout << "p1 == p2 " << endl;
    }
    else
    {
        cout << "p1 != p2 " << endl;
    }
}

int main() {

    test01();

    test02();

    system("pause");

    return 0;
}

3 类模板

3.1 类模板语法

类模板作用：

  • 建立一个通用类，类中的成员 数据类型可以不具体制定，用一个虚拟的类型来代表。

语法：

C++
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template<typename T>
类

解释：

  • template --- 声明创建模板
  • typename --- 表面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

示例：

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#include <string>
//类模板
template<class NameType, class AgeType> 
class Person
{
public:
    Person(NameType name, AgeType age)
    {
        this->mName = name;
        this->mAge = age;
    }
    void showPerson()
    {
        cout << "name: " << this->mName << " age: " << this->mAge << endl;
    }
public:
    NameType mName;
    AgeType mAge;
};

void test01()
{
    // 指定NameType 为string类型，AgeType 为 int类型
    Person<string, int>P1("孙悟空", 999);
    P1.showPerson();
}

int main() {

    test01();

    system("pause");

    return 0;
}
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template <typename T>
class Box {
private:
    T value;
public:
    Box(T v) : value(v) {}
    T get() const { return value; }
};

Box<int> b1(123);
Box<std::string> b2("hello");

总结：类模板和函数模板语法相似，在声明模板template后面加类，此类称为类模板

3.2 类模板函数模板区别

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

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#include <string>
//类模板
template<class NameType, class AgeType = int> 
class Person
{
public:
    Person(NameType name, AgeType age)
    {
        this->mName = name;
        this->mAge = age;
    }
    void showPerson()
    {
        cout << "name: " << this->mName << " age: " << this->mAge << endl;
    }
public:
    NameType mName;
    AgeType mAge;
};

//1、类模板没有自动类型推导的使用方式
void test01()
{
    // Person p("孙悟空", 1000); // 错误 类模板使用时候，不可以用自动类型推导
    Person <string ,int>p("孙悟空", 1000); //必须使用显示指定类型的方式，使用类模板
    p.showPerson();
}

//2、类模板在模板参数列表中可以有默认参数
void test02()
{
    Person <string> p("猪八戒", 999); //类模板中的模板参数列表 可以指定默认参数
    p.showPerson();
}

int main() {

    test01();

    test02();

    system("pause");

    return 0;
}

总结：

  • 类模板使用只能用显示指定类型方式
  • 类模板中的模板参数列表可以有默认参数

3.3 类模板成员函数创建时机

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

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class Person1
{
public:
    void showPerson1()
    {
        cout << "Person1 show" << endl;
    }
};

class Person2
{
public:
    void showPerson2()
    {
        cout << "Person2 show" << endl;
    }
};

template<class T>
class MyClass
{
public:
    T obj;

    //类模板中的成员函数，并不是一开始就创建的，而是在模板调用时再生成

    void fun1() { obj.showPerson1(); }
    void fun2() { obj.showPerson2(); }

};

void test01()
{
    MyClass<Person1> m;

    m.fun1();

    //m.fun2();//编译会出错，说明函数调用才会去创建成员函数
}

int main() {

    test01();

    system("pause");

    return 0;
}

总结：类模板中的成员函数并不是一开始就创建的，在调用时才去创建

3.4 类模板对象做函数参数

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

示例：

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#include <string>
//类模板
template<class NameType, class AgeType = int> 
class Person
{
public:
    Person(NameType name, AgeType age)
    {
        this->mName = name;
        this->mAge = age;
    }
    void showPerson()
    {
        cout << "name: " << this->mName << " age: " << this->mAge << endl;
    }
public:
    NameType mName;
    AgeType mAge;
};

//1、指定传入的类型
void printPerson1(Person<string, int> &p) 
{
    p.showPerson();
}
void test01()
{
    Person <string, int >p("孙悟空", 100);
    printPerson1(p);
}

//2、参数模板化
template <class T1, class T2>
void printPerson2(Person<T1, T2>&p)
{
    p.showPerson();
    cout << "T1的类型为： " << typeid(T1).name() << endl;
    cout << "T2的类型为： " << typeid(T2).name() << endl;
}
void test02()
{
    Person <string, int >p("猪八戒", 90);
    printPerson2(p);
}

//3、整个类模板化
template<class T>
void printPerson3(T & p)
{
    cout << "T的类型为： " << typeid(T).name() << endl;
    p.showPerson();

}
void test03()
{
    Person <string, int >p("唐僧", 30);
    printPerson3(p);
}

int main() {

    test01();
    test02();
    test03();

    system("pause");

    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

3.5 类模板与继承

当类模板碰到继承时，需要注意几点：

  • 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

示例：

C++
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template<class T>
class Base
{
    T m;
};

//class Son:public Base  //错误，c++编译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> //必须指定一个类型
{
};
void test01()
{
    Son c;
}

//类模板继承类模板 ,可以用T2指定父类中的T类型
template<class T1, class T2>
class Son2 :public Base<T2>
{
public:
    Son2()
    {
        cout << typeid(T1).name() << endl;
        cout << typeid(T2).name() << endl;
    }
};

void test02()
{
    Son2<int, char> child1;
}


int main() {

    test01();

    test02();

    system("pause");

    return 0;
}

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

3.6 类模板成员函数类外实现

示例：

C++
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#include <string>

//类模板中成员函数类外实现
template<class T1, class T2>
class Person {
public:
    //成员函数类内声明
    Person(T1 name, T2 age);
    void showPerson();

public:
    T1 m_Name;
    T2 m_Age;
};

//构造函数 类外实现
template<class T1, class T2>
Person<T1, T2>::Person(T1 name, T2 age) {
    this->m_Name = name;
    this->m_Age = age;
}

//成员函数 类外实现
template<class T1, class T2>
void Person<T1, T2>::showPerson() {
    cout << "姓名: " << this->m_Name << " 年龄:" << this->m_Age << endl;
}

void test01()
{
    Person<string, int> p("Tom", 20);
    p.showPerson();
}

int main() {

    test01();

    system("pause");

    return 0;
}

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

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

示例：

person.hpp中代码：

C++
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#pragma once
#include <iostream>
using namespace std;
#include <string>

template<class T1, class T2>
class Person {
public:
    Person(T1 name, T2 age);
    void showPerson();
public:
    T1 m_Name;
    T2 m_Age;
};

//构造函数 类外实现
template<class T1, class T2>
Person<T1, T2>::Person(T1 name, T2 age) {
    this->m_Name = name;
    this->m_Age = age;
}

//成员函数 类外实现
template<class T1, class T2>
void Person<T1, T2>::showPerson() {
    cout << "姓名: " << this->m_Name << " 年龄:" << this->m_Age << endl;
}

类模板分文件编写.cpp中代码

C++
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#include<iostream>
using namespace std;

//#include "person.h"
#include "person.cpp" //解决方式1，包含cpp源文件

//解决方式2，将声明和实现写到一起，文件后缀名改为.hpp
#include "person.hpp"
void test01()
{
    Person<string, int> p("Tom", 10);
    p.showPerson();
}

int main() {

    test01();

    system("pause");

    return 0;
}

总结：主流的解决方式是第二种，将类模板成员函数写到一起，并将后缀名改为.hpp

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

示例：

C++
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#include <string>

//2、全局函数配合友元  类外实现 - 先做函数模板声明，下方在做函数模板定义，在做友元
template<class T1, class T2> class Person;

//如果声明了函数模板，可以将实现写到后面，否则需要将实现体写到类的前面让编译器提前看到
//template<class T1, class T2> void printPerson2(Person<T1, T2> & p); 

template<class T1, class T2>
void printPerson2(Person<T1, T2> & p)
{
    cout << "类外实现 ---- 姓名： " << p.m_Name << " 年龄：" << p.m_Age << endl;
}

template<class T1, class T2>
class Person
{
    //1、全局函数配合友元   类内实现
    friend void printPerson(Person<T1, T2> & p)
    {
        cout << "姓名： " << p.m_Name << " 年龄：" << p.m_Age << endl;
    }


    //全局函数配合友元  类外实现
    friend void printPerson2<>(Person<T1, T2> & p);

public:

    Person(T1 name, T2 age)
    {
        this->m_Name = name;
        this->m_Age = age;
    }


private:
    T1 m_Name;
    T2 m_Age;

};

//1、全局函数在类内实现
void test01()
{
    Person <string, int >p("Tom", 20);
    printPerson(p);
}


//2、全局函数在类外实现
void test02()
{
    Person <string, int >p("Jerry", 30);
    printPerson2(p);
}

int main() {

    //test01();

    test02();

    system("pause");

    return 0;
}

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

3.9 类模板案例

案例描述: 实现一个通用的数组类，要求如下：

  • 可以对内置数据类型以及自定义数据类型的数据进行存储
  • 将数组中的数据存储到堆区
  • 构造函数中可以传入数组的容量
  • 提供对应的拷贝构造函数以及operator=防止浅拷贝问题
  • 提供尾插法和尾删法对数组中的数据进行增加和删除
  • 可以通过下标的方式访问数组中的元素
  • 可以获取数组中当前元素个数和数组的容量

示例：

myArray.hpp中代码

C++
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#pragma once
#include <iostream>
using namespace std;

template<class T>
class MyArray
{
public:

    //构造函数
    MyArray(int capacity)
    {
        this->m_Capacity = capacity;
        this->m_Size = 0;
        pAddress = new T[this->m_Capacity];
    }

    //拷贝构造
    MyArray(const MyArray & arr)
    {
        this->m_Capacity = arr.m_Capacity;
        this->m_Size = arr.m_Size;
        this->pAddress = new T[this->m_Capacity];
        for (int i = 0; i < this->m_Size; i++)
        {
            //如果T为对象，而且还包含指针，必须需要重载 = 操作符，因为这个等号不是 构造 而是赋值，
            // 普通类型可以直接= 但是指针类型需要深拷贝
            this->pAddress[i] = arr.pAddress[i];
        }
    }

    //重载= 操作符  防止浅拷贝问题
    MyArray& operator=(const MyArray& myarray) {

        if (this->pAddress != NULL) {
            delete[] this->pAddress;
            this->m_Capacity = 0;
            this->m_Size = 0;
        }

        this->m_Capacity = myarray.m_Capacity;
        this->m_Size = myarray.m_Size;
        this->pAddress = new T[this->m_Capacity];
        for (int i = 0; i < this->m_Size; i++) {
            this->pAddress[i] = myarray[i];
        }
        return *this;
    }

    //重载[] 操作符  arr[0]
    T& operator [](int index)
    {
        return this->pAddress[index]; //不考虑越界，用户自己去处理
    }

    //尾插法
    void Push_back(const T & val)
    {
        if (this->m_Capacity == this->m_Size)
        {
            return;
        }
        this->pAddress[this->m_Size] = val;
        this->m_Size++;
    }

    //尾删法
    void Pop_back()
    {
        if (this->m_Size == 0)
        {
            return;
        }
        this->m_Size--;
    }

    //获取数组容量
    int getCapacity()
    {
        return this->m_Capacity;
    }

    //获取数组大小
    int getSize()
    {
        return this->m_Size;
    }


    //析构
    ~MyArray()
    {
        if (this->pAddress != NULL)
        {
            delete[] this->pAddress;
            this->pAddress = NULL;
            this->m_Capacity = 0;
            this->m_Size = 0;
        }
    }

private:
    T * pAddress;  //指向一个堆空间，这个空间存储真正的数据
    int m_Capacity; //容量
    int m_Size;   // 大小
};

类模板案例—数组类封装.cpp中

C++
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#include "myArray.hpp"
#include <string>

void printIntArray(MyArray<int>& arr) {
    for (int i = 0; i < arr.getSize(); i++) {
        cout << arr[i] << " ";
    }
    cout << endl;
}

//测试内置数据类型
void test01()
{
    MyArray<int> array1(10);
    for (int i = 0; i < 10; i++)
    {
        array1.Push_back(i);
    }
    cout << "array1打印输出：" << endl;
    printIntArray(array1);
    cout << "array1的大小：" << array1.getSize() << endl;
    cout << "array1的容量：" << array1.getCapacity() << endl;

    cout << "--------------------------" << endl;

    MyArray<int> array2(array1);
    array2.Pop_back();
    cout << "array2打印输出：" << endl;
    printIntArray(array2);
    cout << "array2的大小：" << array2.getSize() << endl;
    cout << "array2的容量：" << array2.getCapacity() << endl;
}

//测试自定义数据类型
class Person {
public:
    Person() {} 
        Person(string name, int age) {
        this->m_Name = name;
        this->m_Age = age;
    }
public:
    string m_Name;
    int m_Age;
};

void printPersonArray(MyArray<Person>& personArr)
{
    for (int i = 0; i < personArr.getSize(); i++) {
        cout << "姓名：" << personArr[i].m_Name << " 年龄： " << personArr[i].m_Age << endl;
    }

}

void test02()
{
    //创建数组
    MyArray<Person> pArray(10);
    Person p1("孙悟空", 30);
    Person p2("韩信", 20);
    Person p3("妲己", 18);
    Person p4("王昭君", 15);
    Person p5("赵云", 24);

    //插入数据
    pArray.Push_back(p1);
    pArray.Push_back(p2);
    pArray.Push_back(p3);
    pArray.Push_back(p4);
    pArray.Push_back(p5);

    printPersonArray(pArray);

    cout << "pArray的大小：" << pArray.getSize() << endl;
    cout << "pArray的容量：" << pArray.getCapacity() << endl;

}

int main() {

    //test01();

    test02();

    system("pause");

    return 0;
}

4 STL

  • STL(Standard Template Library,标准模板库)
  • STL 从广义上分为: 容器(container) 算法(algorithm) 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

4.1 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. 迭代器：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。

4.2 STL中的容器、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

4.3 string 容器

4.3.1 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

4.3.2 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

示例：

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#include <string>
//string构造
void test01()
{
    string s1; //创建空字符串，调用无参构造函数
    cout << "str1 = " << s1 << endl;

    const char* str = "hello world";
    string s2(str); //把c_string转换成了string

    cout << "str2 = " << s2 << endl;

    string s3(s2); //调用拷贝构造函数
    cout << "str3 = " << s3 << endl;

    string s4(10, 'a');
    cout << "str3 = " << s3 << endl;
}

int main() {

    test01();

    system("pause");

    return 0;
}

总结：string的多种构造方式没有可比性，灵活使用即可

4.3.3 string 赋值操作

功能描述：

  • 给string字符串进行赋值

赋值的函数原型：

  • 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

示例：

C++
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//赋值
void test01()
{
    string str1;
    str1 = "hello world";
    cout << "str1 = " << str1 << endl;

    string str2;
    str2 = str1;
    cout << "str2 = " << str2 << endl;

    string str3;
    str3 = 'a';
    cout << "str3 = " << str3 << endl;

    string str4;
    str4.assign("hello c++");
    cout << "str4 = " << str4 << endl;

    string str5;
    str5.assign("hello c++",5);
    cout << "str5 = " << str5 << endl;


    string str6;
    str6.assign(str5);
    cout << "str6 = " << str6 << endl;

    string str7;
    str7.assign(5, 'x');
    cout << "str7 = " << str7 << endl;
}

int main() {

    test01();

    system("pause");

    return 0;
}

总结：

​ string的赋值方式很多，operator= 这种方式是比较实用的

4.3.4 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); //把字符串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);//字符串s中从pos开始的n个字符连接到字符串结尾

示例：

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//字符串拼接
void test01()
{
    string str1 = "我";

    str1 += "爱玩游戏";

    cout << "str1 = " << str1 << endl;

    str1 += ':';

    cout << "str1 = " << str1 << endl;

    string str2 = "LOL DNF";

    str1 += str2;

    cout << "str1 = " << str1 << endl;

    string str3 = "I";
    str3.append(" love ");
    str3.append("game abcde", 4);
    //str3.append(str2);
    str3.append(str2, 4, 3); // 从下标4位置开始 ，截取3个字符，拼接到字符串末尾
    cout << "str3 = " << str3 << endl;
}
int main() {

    test01();

    system("pause");

    return 0;
}

总结：字符串拼接的重载版本很多，初学阶段记住几种即可

4.3.5 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

示例：

C++
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//查找和替换
void test01()
{
    //查找
    string str1 = "abcdefgde";

    int pos = str1.find("de");

    if (pos == -1)
    {
        cout << "未找到" << endl;
    }
    else
    {
        cout << "pos = " << pos << endl;
    }


    pos = str1.rfind("de");

    cout << "pos = " << pos << endl;

}

void test02()
{
    //替换
    string str1 = "abcdefgde";
    str1.replace(1, 3, "1111");

    cout << "str1 = " << str1 << endl;
}

int main() {

    //test01();
    //test02();

    system("pause");

    return 0;
}

总结：

  • find查找是从左往后，rfind从右往左
  • find找到字符串后返回查找的第一个字符位置，找不到返回-1
  • replace在替换时，要指定从哪个位置起，多少个字符，替换成什么样的字符串

4.4 vector容器

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

4.4.1 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(), end())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。

示例：

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#include <vector>

void printVector(vector<int>& v) {

    for (vector<int>::iterator it = v.begin(); it != v.end(); it++) {
        cout << *it << " ";
    }
    cout << endl;
}

void test01()
{
    vector<int> v1; //无参构造
    for (int i = 0; i < 10; i++)
    {
        v1.push_back(i);
    }
    printVector(v1);

    vector<int> v2(v1.begin(), v1.end());
    printVector(v2);

    vector<int> v3(10, 100);
    printVector(v3);

    vector<int> v4(v3);
    printVector(v4);
}

int main() {

    test01();

    system("pause");

    return 0;
}

总结：vector的多种构造方式没有可比性，灵活使用即可

4.4.2 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(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。

示例：

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#include <vector>

void printVector(vector<int>& v) {

    for (vector<int>::iterator it = v.begin(); it != v.end(); it++) {
        cout << *it << " ";
    }
    cout << endl;
}

//赋值操作
void test01()
{
    vector<int> v1; //无参构造
    for (int i = 0; i < 10; i++)
    {
        v1.push_back(i);
    }
    printVector(v1);

    vector<int>v2;
    v2 = v1;
    printVector(v2);

    vector<int>v3;
    v3.assign(v1.begin(), v1.end());
    printVector(v3);

    vector<int>v4;
    v4.assign(10, 100);
    printVector(v4);
}

int main() {

    test01();

    system("pause");

    return 0;
}

总结： vector赋值方式比较简单，使用operator=，或者assign都可以

4.4.3 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

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#include <vector>

void printVector(vector<int>& v) {

    for (vector<int>::iterator it = v.begin(); it != v.end(); it++) {
        cout << *it << " ";
    }
    cout << endl;
}

void test01()
{
    vector<int> v1;
    for (int i = 0; i < 10; i++)
    {
        v1.push_back(i);
    }
    printVector(v1);
    if (v1.empty())
    {
        cout << "v1为空" << endl;
    }
    else
    {
        cout << "v1不为空" << endl;
        cout << "v1的容量 = " << v1.capacity() << endl;
        cout << "v1的大小 = " << v1.size() << endl;
    }

    //resize 重新指定大小 ，若指定的更大，默认用0填充新位置，可以利用重载版本替换默认填充
    v1.resize(15,10);
    printVector(v1);

    //resize 重新指定大小 ，若指定的更小，超出部分元素被删除
    v1.resize(5);
    printVector(v1);
}

int main() {

    test01();

    system("pause");

    return 0;
}

总结：

  • 判断是否为空 --- empty
  • 返回元素个数 --- size
  • 返回容器容量 --- capacity
  • 重新指定大小 --- resize

4.4.4 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);//迭代器指向位置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);//删除迭代器从start到end之间的元素
  • clear(); //删除容器中所有元素

示例：

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#include <vector>

void printVector(vector<int>& v) {

    for (vector<int>::iterator it = v.begin(); it != v.end(); it++) {
        cout << *it << " ";
    }
    cout << endl;
}

//插入和删除
void test01()
{
    vector<int> v1;
    //尾插
    v1.push_back(10);
    v1.push_back(20);
    v1.push_back(30);
    v1.push_back(40);
    v1.push_back(50);
    printVector(v1);
    //尾删
    v1.pop_back();
    printVector(v1);
    //插入
    v1.insert(v1.begin(), 100);
    printVector(v1);

    v1.insert(v1.begin(), 2, 1000);
    printVector(v1);

    //删除
    v1.erase(v1.begin());
    printVector(v1);

    //清空
    v1.erase(v1.begin(), v1.end());
    v1.clear();
    printVector(v1);
}

int main() {

    test01();

    system("pause");

    return 0;
}

总结：

  • 尾插 --- push_back
  • 尾删 --- pop_back
  • 插入 --- insert (位置迭代器)
  • 删除 --- erase （位置迭代器）
  • 清空 --- clear

4.4.5 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

示例：

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#include <vector>

void test01()
{
    vector<int>v1;
    for (int i = 0; i < 10; i++)
    {
        v1.push_back(i);
    }

    for (int i = 0; i < v1.size(); i++)
    {
        cout << v1[i] << " ";
    }
    cout << endl;

    for (int i = 0; i < v1.size(); i++)
    {
        cout << v1.at(i) << " ";
    }
    cout << endl;

    cout << "v1的第一个元素为： " << v1.front() << endl;
    cout << "v1的最后一个元素为： " << v1.back() << endl;
}

int main() {

    test01();

    system("pause");

    return 0;
}

总结：

  • 除了用迭代器获取vector容器中元素，[ ]和at也可以
  • front返回容器第一个元素
  • back返回容器最后一个元素

4.4.6 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

示例：

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#include <vector>

void printVector(vector<int>& v) {

    for (vector<int>::iterator it = v.begin(); it != v.end(); it++) {
        cout << *it << " ";
    }
    cout << endl;
}

void test01()
{
    vector<int>v1;
    for (int i = 0; i < 10; i++)
    {
        v1.push_back(i);
    }
    printVector(v1);

    vector<int>v2;
    for (int i = 10; i > 0; i--)
    {
        v2.push_back(i);
    }
    printVector(v2);

    //互换容器
    cout << "互换后" << endl;
    v1.swap(v2);
    printVector(v1);
    printVector(v2);
}

void test02()
{
    vector<int> v;
    for (int i = 0; i < 100000; i++) {
        v.push_back(i);
    }

    cout << "v的容量为：" << v.capacity() << endl;
    cout << "v的大小为：" << v.size() << endl;

    v.resize(3);

    cout << "v的容量为：" << v.capacity() << endl;
    cout << "v的大小为：" << v.size() << endl;

    //收缩内存
    vector<int>(v).swap(v); //匿名对象

    cout << "v的容量为：" << v.capacity() << endl;
    cout << "v的大小为：" << v.size() << endl;
}

int main() {

    test01();

    test02();

    system("pause");

    return 0;
}

总结：swap可以使两个容器互换，可以达到实用的收缩内存效果

4.4.7 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。

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示例：

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#include <vector>

void test01()
{
    vector<int> v;

    //预留空间
    v.reserve(100000);

    int num = 0;
    int* p = NULL;
    for (int i = 0; i < 100000; i++) {
        v.push_back(i);
        if (p != &v[0]) {
            p = &v[0];
            num++;
        }
    }

    cout << "num:" << num << endl;
}

int main() {

    test01();

    system("pause");

    return 0;
}

总结：如果数据量较大，可以一开始利用reserve预留空间

4.5 deque容器

4.5.1 deque容器基本概念

功能：

  • 双端数组，可以对头端进行插入删除操作

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

vector 的内存是一块连续的大内存，像数组一样排好队。

插入/删除只能在尾部高效（否则就要整体搬家）。

deque 是把元素分段放在多个小块缓冲区（buffer）里，不要求物理连续。

可以在头部和尾部都快速插入/删除。

通过一个 中控器（map，也叫控制中心） 把这些小块串起来，看起来像一片连续的空间。

4.5.2 deque构造函数

功能描述：

  • deque容器构造

函数原型：

  • deque<T> deqT; //默认构造形式
  • deque(beg, end); //构造函数将[beg, end)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

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#include <deque>

void printDeque(const deque<int>& d) 
{
    for (deque<int>::const_iterator it = d.begin(); it != d.end(); it++) {
        cout << *it << " ";

    }
    cout << endl;
}
//deque构造
void test01() {

    deque<int> d1; //无参构造函数
    for (int i = 0; i < 10; i++)
    {
        d1.push_back(i);
    }
    printDeque(d1);
    deque<int> d2(d1.begin(),d1.end());
    printDeque(d2);

    deque<int>d3(10,100);
    printDeque(d3);

    deque<int>d4 = d3;
    printDeque(d4);
}

int main() {

    test01();

    system("pause");

    return 0;
}

总结：deque容器和vector容器的构造方式几乎一致，灵活使用即可

4.5.3 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。

示例：

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#include <deque>

void printDeque(const deque<int>& d) 
{
    for (deque<int>::const_iterator it = d.begin(); it != d.end(); it++) {
        cout << *it << " ";

    }
    cout << endl;
}
//赋值操作
void test01()
{
    deque<int> d1;
    for (int i = 0; i < 10; i++)
    {
        d1.push_back(i);
    }
    printDeque(d1);

    deque<int>d2;
    d2 = d1;
    printDeque(d2);

    deque<int>d3;
    d3.assign(d1.begin(), d1.end());
    printDeque(d3);

    deque<int>d4;
    d4.assign(10, 100);
    printDeque(d4);

}

int main() {

    test01();

    system("pause");

    return 0;
}

总结：deque赋值操作也与vector相同，需熟练掌握

4.5.4 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。

​

示例：

C++
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#include <deque>

void printDeque(const deque<int>& d) 
{
    for (deque<int>::const_iterator it = d.begin(); it != d.end(); it++) {
        cout << *it << " ";

    }
    cout << endl;
}

//大小操作
void test01()
{
    deque<int> d1;
    for (int i = 0; i < 10; i++)
    {
        d1.push_back(i);
    }
    printDeque(d1);

    //判断容器是否为空
    if (d1.empty()) {
        cout << "d1为空!" << endl;
    }
    else {
        cout << "d1不为空!" << endl;
        //统计大小
        cout << "d1的大小为：" << d1.size() << endl;
    }

    //重新指定大小
    d1.resize(15, 1);
    printDeque(d1);

    d1.resize(5);
    printDeque(d1);
}

int main() {

    test01();

    system("pause");

    return 0;
}

总结：

  • deque没有容量的概念
  • 判断是否为空 --- empty
  • 返回元素个数 --- size
  • 重新指定个数 --- resize

4.5.5 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：

  • 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。

  • 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。

示例：

C++
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#include <deque>

void printDeque(const deque<int>& d) 
{
    for (deque<int>::const_iterator it = d.begin(); it != d.end(); it++) {
        cout << *it << " ";

    }
    cout << endl;
}
//两端操作
void test01()
{
    deque<int> d;
    //尾插
    d.push_back(10);
    d.push_back(20);
    //头插
    d.push_front(100);
    d.push_front(200);

    printDeque(d);

    //尾删
    d.pop_back();
    //头删
    d.pop_front();
    printDeque(d);
}

//插入
void test02()
{
    deque<int> d;
    d.push_back(10);
    d.push_back(20);
    d.push_front(100);
    d.push_front(200);
    printDeque(d);

    d.insert(d.begin(), 1000);
    printDeque(d);

    d.insert(d.begin(), 2,10000);
    printDeque(d);

    deque<int>d2;
    d2.push_back(1);
    d2.push_back(2);
    d2.push_back(3);

    d.insert(d.begin(), d2.begin(), d2.end());
    printDeque(d);

}

//删除
void test03()
{
    deque<int> d;
    d.push_back(10);
    d.push_back(20);
    d.push_front(100);
    d.push_front(200);
    printDeque(d);

    d.erase(d.begin());
    printDeque(d);

    d.erase(d.begin(), d.end());
    d.clear();
    printDeque(d);
}

int main() {

    //test01();

    //test02();

    test03();

    system("pause");

    return 0;
}

总结：

  • 插入和删除提供的位置是迭代器！
  • 尾插 --- push_back
  • 尾删 --- pop_back
  • 头插 --- push_front
  • 头删 --- pop_front

4.5.6 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

示例：

C++
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#include <deque>

void printDeque(const deque<int>& d) 
{
    for (deque<int>::const_iterator it = d.begin(); it != d.end(); it++) {
        cout << *it << " ";

    }
    cout << endl;
}

//数据存取
void test01()
{

    deque<int> d;
    d.push_back(10);
    d.push_back(20);
    d.push_front(100);
    d.push_front(200);

    for (int i = 0; i < d.size(); i++) {
        cout << d[i] << " ";
    }
    cout << endl;


    for (int i = 0; i < d.size(); i++) {
        cout << d.at(i) << " ";
    }
    cout << endl;

    cout << "front:" << d.front() << endl;

    cout << "back:" << d.back() << endl;

}

int main() {

    test01();

    system("pause");

    return 0;
}

总结：

  • 除了用迭代器获取deque容器中元素，[ ]和at也可以
  • front返回容器第一个元素
  • back返回容器最后一个元素

4.5.7 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

示例：

C++
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#include <deque>
#include <algorithm>

void printDeque(const deque<int>& d) 
{
    for (deque<int>::const_iterator it = d.begin(); it != d.end(); it++) {
        cout << *it << " ";

    }
    cout << endl;
}

void test01()
{

    deque<int> d;
    d.push_back(10);
    d.push_back(20);
    d.push_front(100);
    d.push_front(200);

    printDeque(d);
    sort(d.begin(), d.end());
    printDeque(d);

}

int main() {

    test01();

    system("pause");

    return 0;
}

总结：sort算法非常实用，使用时包含头文件 algorithm即可

4.6 stack容器

4.6.1 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

4.6.2 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

示例：

C++
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#include <stack>

//栈容器常用接口
void test01()
{
    //创建栈容器 栈容器必须符合先进后出
    stack<int> s;

    //向栈中添加元素，叫做 压栈 入栈
    s.push(10);
    s.push(20);
    s.push(30);

    while (!s.empty()) {
        //输出栈顶元素
        cout << "栈顶元素为： " << s.top() << endl;
        //弹出栈顶元素
        s.pop();
    }
    cout << "栈的大小为：" << s.size() << endl;

}

int main() {

    test01();

    system("pause");

    return 0;
}

总结：

  • 入栈 --- push
  • 出栈 --- pop
  • 返回栈顶 --- top
  • 判断栈是否为空 --- empty
  • 返回栈大小 --- size

4.7 queue容器

4.7.1 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

4.7.2 queue常用接口

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

示例：

C++
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#include <queue>
#include <string>
class Person
{
public:
    Person(string name, int age)
    {
        this->m_Name = name;
        this->m_Age = age;
    }

    string m_Name;
    int m_Age;
};

void test01() {

    //创建队列
    queue<Person> q;

    //准备数据
    Person p1("唐僧", 30);
    Person p2("孙悟空", 1000);
    Person p3("猪八戒", 900);
    Person p4("沙僧", 800);

    //向队列中添加元素  入队操作
    q.push(p1);
    q.push(p2);
    q.push(p3);
    q.push(p4);

    //队列不提供迭代器，更不支持随机访问 
    while (!q.empty()) {
        //输出队头元素
        cout << "队头元素-- 姓名： " << q.front().m_Name 
              << " 年龄： "<< q.front().m_Age << endl;

        cout << "队尾元素-- 姓名： " << q.back().m_Name  
              << " 年龄： " << q.back().m_Age << endl;

        cout << endl;
        //弹出队头元素
        q.pop();
    }

    cout << "队列大小为：" << q.size() << endl;
}

int main() {

    test01();

    system("pause");

    return 0;
}

总结：

  • 入队 --- push
  • 出队 --- pop
  • 返回队头元素 --- front
  • 返回队尾元素 --- back
  • 判断队是否为空 --- empty
  • 返回队列大小 --- size

4.8 list容器

4.8.1 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

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

4.8.2 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[beg, end)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。

示例：

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#include <list>

void printList(const list<int>& L) {

    for (list<int>::const_iterator it = L.begin(); it != L.end(); it++) {
        cout << *it << " ";
    }
    cout << endl;
}

void test01()
{
    list<int>L1;
    L1.push_back(10);
    L1.push_back(20);
    L1.push_back(30);
    L1.push_back(40);

    printList(L1);

    list<int>L2(L1.begin(),L1.end());
    printList(L2);

    list<int>L3(L2);
    printList(L3);

    list<int>L4(10, 1000);
    printList(L4);
}

int main() {

    test01();

    system("pause");

    return 0;
}

总结：list构造方式同其他几个STL常用容器，熟练掌握即可

4.8.3 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。

示例：

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#include <list>

void printList(const list<int>& L) {

    for (list<int>::const_iterator it = L.begin(); it != L.end(); it++) {
        cout << *it << " ";
    }
    cout << endl;
}

//赋值和交换
void test01()
{
    list<int>L1;
    L1.push_back(10);
    L1.push_back(20);
    L1.push_back(30);
    L1.push_back(40);
    printList(L1);

    //赋值
    list<int>L2;
    L2 = L1;
    printList(L2);

    list<int>L3;
    L3.assign(L2.begin(), L2.end());
    printList(L3);

    list<int>L4;
    L4.assign(10, 100);
    printList(L4);

}

//交换
void test02()
{

    list<int>L1;
    L1.push_back(10);
    L1.push_back(20);
    L1.push_back(30);
    L1.push_back(40);

    list<int>L2;
    L2.assign(10, 100);

    cout << "交换前： " << endl;
    printList(L1);
    printList(L2);

    cout << endl;

    L1.swap(L2);

    cout << "交换后： " << endl;
    printList(L1);
    printList(L2);

}

int main() {

    //test01();

    test02();

    system("pause");

    return 0;
}

总结：list赋值和交换操作能够灵活运用即可

4.8.4 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。
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                ​                       //如果容器变短，则末尾超出容器长度的元素被删除。

示例：

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#include <list>

void printList(const list<int>& L) {

    for (list<int>::const_iterator it = L.begin(); it != L.end(); it++) {
        cout << *it << " ";
    }
    cout << endl;
}

//大小操作
void test01()
{
    list<int>L1;
    L1.push_back(10);
    L1.push_back(20);
    L1.push_back(30);
    L1.push_back(40);

    if (L1.empty())
    {
        cout << "L1为空" << endl;
    }
    else
    {
        cout << "L1不为空" << endl;
        cout << "L1的大小为： " << L1.size() << endl;
    }

    //重新指定大小
    L1.resize(10);
    printList(L1);

    L1.resize(2);
    printList(L1);
}

int main() {

    test01();

    system("pause");

    return 0;
}

总结：

  • 判断是否为空 --- empty
  • 返回元素个数 --- size
  • 重新指定个数 --- resize

4.8.5 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。

示例：

C++
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#include <list>

void printList(const list<int>& L) {

    for (list<int>::const_iterator it = L.begin(); it != L.end(); it++) {
        cout << *it << " ";
    }
    cout << endl;
}

//插入和删除
void test01()
{
    list<int> L;
    //尾插
    L.push_back(10);
    L.push_back(20);
    L.push_back(30);
    //头插
    L.push_front(100);
    L.push_front(200);
    L.push_front(300);

    printList(L);

    //尾删
    L.pop_back();
    printList(L);

    //头删
    L.pop_front();
    printList(L);

    //插入
    list<int>::iterator it = L.begin();
    L.insert(++it, 1000);
    printList(L);

    //删除
    it = L.begin();
    L.erase(++it);
    printList(L);

    //移除
    L.push_back(10000);
    L.push_back(10000);
    L.push_back(10000);
    printList(L);
    L.remove(10000);
    printList(L);

    //清空
    L.clear();
    printList(L);
}

int main() {

    test01();

    system("pause");

    return 0;
}

总结：

  • 尾插 --- push_back
  • 尾删 --- pop_back
  • 头插 --- push_front
  • 头删 --- pop_front
  • 插入 --- insert
  • 删除 --- erase
  • 移除 --- remove
  • 清空 --- clear

4.8.6 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。

示例：

C++
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#include <list>

//数据存取
void test01()
{
    list<int>L1;
    L1.push_back(10);
    L1.push_back(20);
    L1.push_back(30);
    L1.push_back(40);


    //cout << L1.at(0) << endl;//错误 不支持at访问数据
    //cout << L1[0] << endl; //错误  不支持[]方式访问数据
    cout << "第一个元素为： " << L1.front() << endl;
    cout << "最后一个元素为： " << L1.back() << endl;

    //list容器的迭代器是双向迭代器，不支持随机访问
    list<int>::iterator it = L1.begin();
    //it = it + 1;//错误，不可以跳跃访问，即使是+1
}

int main() {

    test01();

    system("pause");

    return 0;
}

总结：

  • list容器中不可以通过[]或者at方式访问数据
  • 返回第一个元素 --- front
  • 返回最后一个元素 --- back

4.8.7 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

示例：

C++
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void printList(const list<int>& L) {

    for (list<int>::const_iterator it = L.begin(); it != L.end(); it++) {
        cout << *it << " ";
    }
    cout << endl;
}

bool myCompare(int val1 , int val2)
{
    return val1 > val2;
}

//反转和排序
void test01()
{
    list<int> L;
    L.push_back(90);
    L.push_back(30);
    L.push_back(20);
    L.push_back(70);
    printList(L);

    //反转容器的元素
    L.reverse();
    printList(L);

    //排序
    L.sort(); //默认的排序规则 从小到大
    printList(L);

    L.sort(myCompare); //指定规则，从大到小
    printList(L);
}

int main() {

    test01();

    system("pause");

    return 0;
}

总结：

  • 反转 --- reverse
  • 排序 --- sort （成员函数）

4.9 set/multiset 容器

4.9.1 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

4.9.2 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

示例：

C++
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#include <set>

void printSet(set<int> & s)
{
    for (set<int>::iterator it = s.begin(); it != s.end(); it++)
    {
        cout << *it << " ";
    }
    cout << endl;
}

//构造和赋值
void test01()
{
    set<int> s1;

    s1.insert(10);
    s1.insert(30);
    s1.insert(20);
    s1.insert(40);
    printSet(s1);

    //拷贝构造
    set<int>s2(s1);
    printSet(s2);

    //赋值
    set<int>s3;
    s3 = s2;
    printSet(s3);
}

int main() {

    test01();

    system("pause");

    return 0;
}

总结：

  • set容器插入数据时用insert
  • set容器插入数据的数据会自动排序

4.9.3 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

示例：

C++
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#include <set>

void printSet(set<int> & s)
{
    for (set<int>::iterator it = s.begin(); it != s.end(); it++)
    {
        cout << *it << " ";
    }
    cout << endl;
}

//大小
void test01()
{

    set<int> s1;

    s1.insert(10);
    s1.insert(30);
    s1.insert(20);
    s1.insert(40);

    if (s1.empty())
    {
        cout << "s1为空" << endl;
    }
    else
    {
        cout << "s1不为空" << endl;
        cout << "s1的大小为： " << s1.size() << endl;
    }

}

//交换
void test02()
{
    set<int> s1;

    s1.insert(10);
    s1.insert(30);
    s1.insert(20);
    s1.insert(40);

    set<int> s2;

    s2.insert(100);
    s2.insert(300);
    s2.insert(200);
    s2.insert(400);

    cout << "交换前" << endl;
    printSet(s1);
    printSet(s2);
    cout << endl;

    cout << "交换后" << endl;
    s1.swap(s2);
    printSet(s1);
    printSet(s2);
}

int main() {

    //test01();

    test02();

    system("pause");

    return 0;
}

总结：

  • 统计大小 --- size
  • 判断是否为空 --- empty
  • 交换容器 --- swap

4.9.4 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[beg,end)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。

示例：

C++
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#include <set>

void printSet(set<int> & s)
{
    for (set<int>::iterator it = s.begin(); it != s.end(); it++)
    {
        cout << *it << " ";
    }
    cout << endl;
}

//插入和删除
void test01()
{
    set<int> s1;
    //插入
    s1.insert(10);
    s1.insert(30);
    s1.insert(20);
    s1.insert(40);
    printSet(s1);

    //删除
    s1.erase(s1.begin());
    printSet(s1);

    s1.erase(30);
    printSet(s1);

    //清空
    //s1.erase(s1.begin(), s1.end());
    s1.clear();
    printSet(s1);
}

int main() {

    test01();

    system("pause");

    return 0;
}

总结：

  • 插入 --- insert
  • 删除 --- erase
  • 清空 --- clear

4.9.5 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

示例：

C++
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#include <set>

//查找和统计
void test01()
{
    set<int> s1;
    //插入
    s1.insert(10);
    s1.insert(30);
    s1.insert(20);
    s1.insert(40);

    //查找
    set<int>::iterator pos = s1.find(30);

    if (pos != s1.end())
    {
        cout << "找到了元素 ： " << *pos << endl;
    }
    else
    {
        cout << "未找到元素" << endl;
    }

    //统计
    int num = s1.count(30);
    cout << "num = " << num << endl;
}

int main() {

    test01();

    system("pause");

    return 0;
}

总结：

  • 查找 --- find （返回的是迭代器）
  • 统计 --- count （对于set，结果为0或者1）

4.9.6 set和multiset区别

学习目标：

  • 掌握set和multiset的区别

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

示例：

C++
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#include <set>

//set和multiset区别
void test01()
{
    set<int> s;
    pair<set<int>::iterator, bool>  ret = s.insert(10);
    if (ret.second) {
        cout << "第一次插入成功!" << endl;
    }
    else {
        cout << "第一次插入失败!" << endl;
    }

    ret = s.insert(10);
    if (ret.second) {
        cout << "第二次插入成功!" << endl;
    }
    else {
        cout << "第二次插入失败!" << endl;
    }

    //multiset
    multiset<int> ms;
    ms.insert(10);
    ms.insert(10);

    for (multiset<int>::iterator it = ms.begin(); it != ms.end(); it++) {
        cout << *it << " ";
    }
    cout << endl;
}

int main() {

    test01();

    system("pause");

    return 0;
}

总结：

  • 如果不允许插入重复数据可以利用set
  • 如果需要插入重复数据利用multiset

4.10 map/multimap容器

4.10.1 map基本概念

简介：

  • map中所有元素都是pair（数据类型，不是容器）
  • 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

4.10.2 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

示例：

C++
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#include <map>

void printMap(map<int,int>&m)
{
    for (map<int, int>::iterator it = m.begin(); it != m.end(); it++)
    {
        cout << "key = " << it->first << " value = " << it->second << endl;
    }
    cout << endl;
}

void test01()
{
    map<int,int>m; //默认构造
    m.insert(pair<int, int>(1, 10));
    m.insert(pair<int, int>(2, 20));
    m.insert(pair<int, int>(3, 30));
    printMap(m);

    map<int, int>m2(m); //拷贝构造
    printMap(m2);

    map<int, int>m3;
    m3 = m2; //赋值
    printMap(m3);
}

int main() {

    test01();

    system("pause");

    return 0;
}

总结：map中所有元素都是成对出现，插入数据时候要使用对组

4.10.3 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

示例：

C++
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#include <map>

void printMap(map<int,int>&m)
{
    for (map<int, int>::iterator it = m.begin(); it != m.end(); it++)
    {
        cout << "key = " << it->first << " value = " << it->second << endl;
    }
    cout << endl;
}

void test01()
{
    map<int, int>m;
    m.insert(pair<int, int>(1, 10));
    m.insert(pair<int, int>(2, 20));
    m.insert(pair<int, int>(3, 30));

    if (m.empty())
    {
        cout << "m为空" << endl;
    }
    else
    {
        cout << "m不为空" << endl;
        cout << "m的大小为： " << m.size() << endl;
    }
}


//交换
void test02()
{
    map<int, int>m;
    m.insert(pair<int, int>(1, 10));
    m.insert(pair<int, int>(2, 20));
    m.insert(pair<int, int>(3, 30));

    map<int, int>m2;
    m2.insert(pair<int, int>(4, 100));
    m2.insert(pair<int, int>(5, 200));
    m2.insert(pair<int, int>(6, 300));

    cout << "交换前" << endl;
    printMap(m);
    printMap(m2);

    cout << "交换后" << endl;
    m.swap(m2);
    printMap(m);
    printMap(m2);
}

int main() {

    test01();

    test02();

    system("pause");

    return 0;
}

总结：

  • 统计大小 --- size
  • 判断是否为空 --- empty
  • 交换容器 --- swap

4.10.4 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。

示例：

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#include <map>

void printMap(map<int,int>&m)
{
    for (map<int, int>::iterator it = m.begin(); it != m.end(); it++)
    {
        cout << "key = " << it->first << " value = " << it->second << endl;
    }
    cout << endl;
}

void test01()
{
    //插入
    map<int, int> m;
    //第一种插入方式
    m.insert(pair<int, int>(1, 10));
    //第二种插入方式
    m.insert(make_pair(2, 20));
    //第三种插入方式
    m.insert(map<int, int>::value_type(3, 30));
    //第四种插入方式
    m[4] = 40; 
    printMap(m);

    //删除
    m.erase(m.begin());
    printMap(m);

    m.erase(3);
    printMap(m);

    //清空
    m.erase(m.begin(),m.end());
    m.clear();
    printMap(m);
}

int main() {

    test01();

    system("pause");

    return 0;
}

总结：

  • map插入方式很多，记住其一即可

  • 插入 --- insert

  • 删除 --- erase
  • 清空 --- clear

4.10.5 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set.end();
  • count(key); //统计key的元素个数

示例：

C++
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#include <map>

//查找和统计
void test01()
{
    map<int, int>m; 
    m.insert(pair<int, int>(1, 10));
    m.insert(pair<int, int>(2, 20));
    m.insert(pair<int, int>(3, 30));

    //查找
    map<int, int>::iterator pos = m.find(3);

    if (pos != m.end())
    {
        cout << "找到了元素 key = " << (*pos).first << " value = " << (*pos).second << endl;
    }
    else
    {
        cout << "未找到元素" << endl;
    }

    //统计
    int num = m.count(3);
    cout << "num = " << num << endl;
}

int main() {

    test01();

    system("pause");

    return 0;
}

总结：

  • 查找 --- find （返回的是迭代器）
  • 统计 --- count （对于map，结果为0或者1）