C++ 实验四 STL

本文主要是介绍C++ 实验四 STL，对大家解决编程问题具有一定的参考价值，需要的程序猿们随着小编来一起学习吧！

目录

一、STL介绍

1.概述

2.容器

3.迭代器

4.算法

5.函数对象

二、代码实现

结合容器和迭代器解决序列变换

结合容器和迭代器解决像素变换

用set存储学生信息，并进行增删改查操作

输入一个字符串，用map统计每个字符出现的次数并输出字符及对应的次数

一、STL介绍

1.概述

        STL（Standard Template Library），即标准模板库，是一个具有工业强度的，高效的C++程序库。它被容纳于C++标准程序库（C++ Standard Library）中，是ANSI/ISO C++标准中最新的也是极具革命性的一部分。该库包含了诸多在计算机科学领域里所常用的基本数据结构和基本算法。为广大C++程序员们提供了一个可扩展的应用框架，高度体现了软件的可复用性。

        STL的一个重要特点是数据结构和算法的分离。尽管这是个简单的概念，但这种分离确实使得STL变得非常通用。例如，由于STL的sort()函数是完全通用的，你可以用它来操作几乎任何数据集合，包括链表，容器和数组；

        STL另一个重要特性是它不是面向对象的。为了具有足够通用性，STL主要依赖于模板而不是封装，继承和虚函数（多态性）

STL的基本组件：

• 容器，是一种数据结构，如list，vector，和deques ，以模板类的方法提供。为了访问容器中的数据，可以使用由容器类输出的迭代器；
• 迭代器，提供了访问容器中对象的方法。例如，可以使用一对迭代器指定list或vector中的一定范围的对象。迭代器就如同一个指针。事实上，C++的指针也是一种迭代器。但是，迭代器也可以是那些定义了operator*()以及其他类似于指针的操作符地方法的类对象；
• 算法，是用来操作容器中的数据的模板函数。例如，STL用sort()来对一个vector中的数据进行排序，用find()来搜索一个list中的对象，函数本身与他们操作的数据的结构和类型无关，因此他们可以在从简单数组到高度复杂容器的任何数据结构上使用；
• 函数对象，是重载函数调用操作符的类，其对象称为函数对象(function object)，即他们是行为类似函数的对象，也叫仿函数（functor），其实就是重载"()"操作符，使得类对象可以像函数那样被调用

2.容器

容纳、包含一组元素的对象。

基本容器类模板 

• 顺序容器：array（数组）、vector（向量）、deque（双端队列）、forward_list（单链表）、list（列表）
• (有序)关联容器:set（集合）、multiset（多重集合）、map（映射）、multimap（多重映射）
• 无序关联容器:unordered_set （无序集合）、unordered_multiset（无序多重集合）                         unordered_map（无序映射）、unorder_multimap（无序多重映射）

容器适配器:stack（栈）、queue（队列）、priority_queue（优先队列）

容器部分主要由头文件<vector>,<list>,<deque>,<set>,<map>,<stack>和<queue>组成

容器的通用功能：

• 用默认构造函数构造空容器
• 支持关系运算符：==、!=、<、<=、>、>=
• begin()、end()：获得容器首、尾迭代器
• cbegin() 、cend()：获取容器首、尾常迭代器，不需要改变容器时更加安全
• clear()：将容器清空
• empty()：判断容器是否为空
• size()：得到容器元素个数
• s1.swap(s2)：将s1和s2两容器内容交换

 相关数据类型（S表示容器类型）：

• S::iterator：指向容器元素的迭代器类型
• S::const_iterator：常迭代器类型

3.迭代器

迭代器部分主要由头文件<utility>,<iterator>和<memory>组成。 

迭代器是算法和容器的桥梁

•  迭代器用作访问容器中的元素
•  算法不直接操作容器中的数据，而是通过迭代器间接操作

  算法和容器独立

•  增加新的算法，无需影响容器的实现
•  增加新的容器，原有的算法也能适用

迭代器的分类 

        箭头表示概念与子概念的关系，例如前向迭代器这一概念是输入迭代器和输出迭代器这两个概念的子概念，也就是说一个前向迭代器肯定是输入迭代器，也肯定是输出迭代器。

输入迭代器：可以用来从序列中读取数据，如输入流迭代器

• istream_iterator<T>
• 以输入流（如cin）为参数构造
• 可用*(p++)获得下一个输入的元素

输出迭代器：允许向序列中写入数据，如输出流迭代器

• ostream_iterator<T>
• 构造时需要提供输出流（如cout）
• 可用(*p++) = x将x输出到输出流

前向迭代器：既是输入迭代器又是输出迭代器，并且可以对序列进行单向的遍历

双向迭代器：与前向迭代器相似，但是在两个方向上都可以对数据遍历

随机访问迭代器：也是双向迭代器，但能够在序列中的任意两个位置之间进行跳转，如指针、使用vector的begin()、end()函数得到的迭代器

4.算法

算法部分主要由头文件<algorithm>，<numeric>和<functional>组成。

• <algorithm>是所有STL头文件中最大的一个（尽管它很好理解），它是由一大堆模版函数组成的，可以认为每个函数在很大程度上都是独立的，其中常用到的功能范围涉及到比较、交换、查找、遍历操作、复制、修改、移除、反转、排序、合并等等。
• <numeric>体积很小，只包括几个在序列上面进行简单数学运算的模板函数，包括加法和乘法在序列上的一些操作。
• <functional>中则定义了一些模板类，用以声明函数对象。

STL中算法大致分为四类：

• 非可变序列算法：指不直接修改其所操作的容器内容的算法。
• 可变序列算法：指可以修改它们所操作的容器内容的算法。
• 排序算法：对序列进行排序和合并的算法、搜索算法以及有序序列上的集合操作。
• 数值算法：对容器内容进行数值计算。

<一>查找算法(13个)：判断容器中是否包含某个值
adjacent_find:   在iterator对标识元素范围内，查找一对相邻重复元素，找到则返回指向这对元素的第一个元素的                                                 ForwardIterator。否则返回last。重载版本使用输入的二元操作符代替相等的判断。
binary_search: 在有序序列中查找value，找到返回true。重载的版本实用指定的比较函数对象或函数指针来判断相等。
count:                利用等于操作符，把标志范围内的元素与输入值比较，返回相等元素个数。
count_if:            利用输入的操作符，对标志范围内的元素进行操作，返回结果为true的个数。
equal_range:     功能类似equal，返回一对iterator，第一个表示lower_bound，第二个表示upper_bound。
find:                   利用底层元素的等于操作符，对指定范围内的元素与输入值进行比较。当匹配时，结束搜索，返回该元素的                               一个InputIterator。
find_end:          在指定范围内查找"由输入的另外一对iterator标志的第二个序列"的最后一次出现。找到则返回最后一对的第一                            个ForwardIterator，否则返回输入的"另外一对"的第一个ForwardIterator。重载版本使用用户输入的操作符代                               替等于操作。
find_first_of:     在指定范围内查找"由输入的另外一对iterator标志的第二个序列"中任意一个元素的第一次出现。重载版本中使                             用了用户自定义操作符。
find_if:               使用输入的函数代替等于操作符执行find。
lower_bound:   返回一个ForwardIterator，指向在有序序列范围内的可以插入指定值而不破坏容器顺序的第一个位置。重载函                             数使用自定义比较操作。
upper_bound:  返回一个ForwardIterator，指向在有序序列范围内插入value而不破坏容器顺序的最后一个位置，该位置标志                               一个大于value的值。重载函数使用自定义比较操作。
search:              给出两个范围，返回一个ForwardIterator，查找成功指向第一个范围内第一次出现子序列(第二个范围)的位                                 置，查找失败指向last1。重载版本使用自定义的比较操作。
search_n:          在指定范围内查找val出现n次的子序列。重载版本使用自定义的比较操作。
<二>排序和通用算法(14个)：提供元素排序策略
inplace_merge:      合并两个有序序列，结果序列覆盖两端范围。重载版本使用输入的操作进行排序。
merge:                    合并两个有序序列，存放到另一个序列。重载版本使用自定义的比较。
nth_element:          将范围内的序列重新排序，使所有小于第n个元素的元素都出现在它前面，而大于它的都出现在后面。重                                    载版本使用自定义的比较操作。
partial_sort:            对序列做部分排序，被排序元素个数正好可以被放到范围内。重载版本使用自定义的比较操作。
partial_sort_copy: 与partial_sort类似，不过将经过排序的序列复制到另一个容器。
partition:                 对指定范围内元素重新排序，使用输入的函数，把结果为true的元素放在结果为false的元素之前。
random_shuffle:    对指定范围内的元素随机调整次序。重载版本输入一个随机数产生操作。
reverse:                  将指定范围内元素重新反序排序。
reverse_copy:        与reverse类似，不过将结果写入另一个容器。
rotate:                     将指定范围内元素移到容器末尾，由middle指向的元素成为容器第一个元素。
rotate_copy:           与rotate类似，不过将结果写入另一个容器。
sort:                         以升序重新排列指定范围内的元素。重载版本使用自定义的比较操作。
stable_sort:            与sort类似，不过保留相等元素之间的顺序关系。
stable_partition:    与partition类似，不过不保证保留容器中的相对顺序。
<三>删除和替换算法(15个)
copy:                    复制序列
copy_backward: 与copy相同，不过元素是以相反顺序被拷贝。
iter_swap:           交换两个ForwardIterator的值。
remove:               删除指定范围内所有等于指定元素的元素。注意，该函数不是真正删除函数。内置函数不适合使用remove和                               remove_if函数。
remove_copy:     将所有不匹配元素复制到一个制定容器，返回OutputIterator指向被拷贝的末元素的下一个位置。
remove_if:           删除指定范围内输入操作结果为true的所有元素。
remove_copy_if: 将所有不匹配元素拷贝到一个指定容器。
replace:               将指定范围内所有等于vold的元素都用vnew代替。
replace_copy:     与replace类似，不过将结果写入另一个容器。
replace_if:           将指定范围内所有操作结果为true的元素用新值代替。
replace_copy_if: 与replace_if，不过将结果写入另一个容器。
swap:                   交换存储在两个对象中的值。
swap_range:       将指定范围内的元素与另一个序列元素值进行交换。
unique:                清除序列中重复元素，和remove类似，它也不能真正删除元素。重载版本使用自定义比较操作。
unique_copy:      与unique类似，不过把结果输出到另一个容器。
<四>排列组合算法(2个)：提供计算给定集合按一定顺序的所有可能排列组合
next_permutation: 取出当前范围内的排列，并重新排序为下一个排列。重载版本使用自定义的比较操作。
prev_permutation: 取出指定范围内的序列并将它重新排序为上一个序列。如果不存在上一个序列则返回false。重载版本使用                                   自定义的比较操作。
<五>算术算法(4个)
accumulate:               iterator对标识的序列段元素之和，加到一个由val指定的初始值上。重载版本不再做加法，而是传进来的                                      二元操作符被应用到元素上。
partial_sum:               创建一个新序列，其中每个元素值代表指定范围内该位置前所有元素之和。重载版本使用自定义操作代                                      替加法。
inner_product:           对两个序列做内积(对应元素相乘，再求和)并将内积加到一个输入的初始值上。重载版本使用用户定义                                        的操作。
adjacent_difference: 创建一个新序列，新序列中每个新值代表当前元素与上一个元素的差。重载版本用指定二元操作计算相                                      邻元素的差。
<六>生成和异变算法(6个)
fill:                 将输入值赋给标志范围内的所有元素。
fill_n:            将输入值赋给first到first+n范围内的所有元素。
for_each:      用指定函数依次对指定范围内所有元素进行迭代访问，返回所指定的函数类型。该函数不得修改序列中的元素。
generate:      连续调用输入的函数来填充指定的范围。
generate_n: 与generate函数类似，填充从指定iterator开始的n个元素。
transform:    将输入的操作作用与指定范围内的每个元素，并产生一个新的序列。重载版本将操作作用在一对元素上，另外一                        个元素来自输入的另外一个序列。结果输出到指定容器。
<七>关系算法(8个)
equal:                                  如果两个序列在标志范围内元素都相等，返回true。重载版本使用输入的操作符代替默认的等于操                                               作符。
includes:                             判断第一个指定范围内的所有元素是否都被第二个范围包含，使用底层元素的<操作符，成功返回                                                true。重载版本使用用户输入的函数。
lexicographical_compare: 比较两个序列。重载版本使用用户自定义比较操作。
max:                                     返回两个元素中较大一个。重载版本使用自定义比较操作。
max_element:                      返回一个ForwardIterator，指出序列中最大的元素。重载版本使用自定义比较操作。
min:                                      返回两个元素中较小一个。重载版本使用自定义比较操作。
min_element:                       返回一个ForwardIterator，指出序列中最小的元素。重载版本使用自定义比较操作。
mismatch:                            并行比较两个序列，指出第一个不匹配的位置，返回一对iterator，标志第一个不匹配元素位置。                                                 如果都匹配，返回每个容器的last。重载版本使用自定义的比较操作。
<八>集合算法(4个)
set_union:                            构造一个有序序列，包含两个序列中所有的不重复元素。重载版本使用自定义的比较操作。
set_intersection:                 构造一个有序序列，其中元素在两个序列中都存在。重载版本使用自定义的比较操作。
set_difference:                    构造一个有序序列，该序列仅保留第一个序列中存在的而第二个中不存在的元素。重载版本使用                                                  自定义的比较操作。
set_symmetric_difference: 构造一个有序序列，该序列取两个序列的对称差集(并集-交集)。
<九>堆算法(4个)
make_heap: 把指定范围内的元素生成一个堆。重载版本使用自定义比较操作。
pop_heap:   并不真正把最大元素从堆中弹出，而是重新排序堆。它把first和last-1交换，然后重新生成一个堆。可使用容器的                       back来访问被"弹出"的元素或者使用pop_back进行真正的删除。重载版本使用自定义的比较操作。
push_heap: 假设first到last-1是一个有效堆，要被加入到堆的元素存放在位置last-1，重新生成堆。在指向该函数前，必须先把                       元素插入容器后。重载版本使用指定的比较操作。
sort_heap:  对指定范围内的序列重新排序，它假设该序列是个有序堆。重载版本使用自定义比较操作

5.函数对象

        仿函数，就是使一个类的使用看上去象一个函数。其实现就是类中实现一个operator()，这个类就有了类似函数的行为，就是一个仿函数类了。

要使用STL内建的仿函数，必须包含<functional>头文件。

用于算术运算的函数对象：

• 一元函数对象(一个参数) ：negate
• 二元函数对象(两个参数) ：plus、minus、multiplies、divides、modulus

用于关系运算、逻辑运算的函数对象(要求返回值为bool)：

• 一元谓词(一个参数)：logical_not
• 二元谓词(两个参数)：equal_to、not_equal_to、greater、less、greater_equal、less_equal、logical_and、logical_or

二、代码实现

 一般的函数方法：

void transInv(int a[],int b[],int nNum) //取反
{
    for(int i=0;i<nNum;i++)
    {
        b[i] = -a[i];
    }
}
void transSqr(int a[],int b[],int nNum) //平方
{
    for(int i=0;i<nNum;i++)
    {
        b[i] = a[i]*a[i];
    }
}

进行输出的函数模板：

template<typename T>
void outputCont(string strName,ostream& os,T begin,T end)
{

    os<<strName<<":";
    for(;begin!=end;begin++)
    {
        os<<*begin<<"  ";
    }
    os<<endl;
}

测试函数：

void Test()
{
    const int N=5;
    int a[N] = {1,2,4,3,5};
    outputCont("a",cout,a,a+N);
    int b[N];

    transInv(a,b,N);
    outputCont("Inv a",cout,b,b+N);

    transSqr(a,b,N);
    outputCont("Sqr a",cout,b,b+N);
}

输出结果为：

 使用模板函数进行取反：

template <typename T>
void transInvT(T a[],T b[],int nNum)
{
    for(int i=0;i<nNum;i++)
    {
        b[i] = -a[i];
    }
}

测试函数：

    transInvT(a,b,N);
    outputCont("Inv a T",cout,b,b+N);

结果为：

结合容器和迭代器解决序列变换

template<typename T>
T SqrT(T a)
{
    return a*a;
}
template<typename T>
T InvT(T a)
{
    return -a;
}
template<typename inputIter, typename outputIter,typename MyOperator>
void transInvT(inputIter begInput,inputIter endInput,
               outputIter begOutput,MyOperator op)
{
    for(;begInput!=endInput;begInput++,begOutput++)
    {
        *begOutput = op(*begInput);
    }
}

测试函数：

    transInvT(a,a+N,vb.begin(),InvT<int>);
    outputCont("Inv a by iter",cout,vb.begin(),vb.end());

    transInvT(a,a+N,vb.begin(),SqrT<int>);
    outputCont("Sqr a by iter",cout,vb.begin(),vb.end());

输出结果：

结合容器和迭代器解决像素变换

template<typename T>
class MyThreshold{
public:
    //带参构造函数，后面的则是初始化，这样的初始化方式效率比较高   
    MyThreshold(int n=128):_nThreshold(n){}
    int operator()(T val)
    {
        return val<_nThreshold?0:1;
    }
    int _nThreshold;
};

测试函数：

    transInvT(a,a+N,vb.begin(),MyThreshold<int>(2));
    outputCont("Inv a by treshold",cout,vb.begin(),vb.end());

运行结果：

用set存储学生信息，并进行增删改查操作

class studentInfo{
public:    
    studentInfo(string strNo,string strName){
        _strNo = strNo;
        _strName = strName;
    }
    string _strNo;
    string _strName;
    //输出格式
    friend ostream& operator<<(ostream& os,const studentInfo& info)
    {
        os<<info._strNo<<" "<<info._strName;
        return os;
    }
    //进行比较
    friend bool operator<(const studentInfo& info1,const studentInfo& info2)
    {
        return info1._strNo<info2._strNo;
    }
};

测试函数：

void TestSet()
{
    vector<studentInfo> students;
    students.push_back(studentInfo("10021","Zhang san"));
    students.push_back(studentInfo("10002","Li si"));
    students.push_back(studentInfo("10003","Wang wu"));
    students.push_back(studentInfo("10011","Wang liu"));
    students.push_back(studentInfo("10010","Wu liu"));
    set<studentInfo> studentSet(students.begin(),students.end());
    outputCont("student set",cout,studentSet.begin(),studentSet.end());
}

运行结果：

由于集合本身的元素是有序的，学生信息已经按升序的方式进行了排序。

增删改查

• 增：insert(a) 插入某个元素，因为set有序，所以怎么插入无所谓
• 删：erase(it) 该函数用于根据元素的值或元素在集合中的迭代器位置来擦除它
• 改：set的迭代器it有const修饰符,那么对它元素的修改就必然不能成功了。
• 查：find用于检查元素是否属于集合，如果元素在集合容器中找到，则返回指向该元素的迭代器。否则返回set.end()

void TestSet()
{

    vector<studentInfo> students;
    students.push_back(studentInfo("10021","Zhang san"));
    students.push_back(studentInfo("10002","Li si"));
    students.push_back(studentInfo("10003","Wang wu"));
    students.push_back(studentInfo("10011","Wang liu"));
    students.push_back(studentInfo("10010","Wu liu"));
    set<studentInfo> studentSet(students.begin(),students.end());
    outputCont("student set",cout,studentSet.begin(),studentSet.end());
    //增 insert(a) 插入某个元素
    studentSet.insert(studentInfo("100001", "zzh"));
    outputCont("student set insert", cout, studentSet.begin(), studentSet.end());
    //删 erase(it) 用于根据元素的值或元素在集合中的迭代器位置来擦除它
    studentSet.erase(studentInfo("10011", "Wang liu"));
    outputCont("student set erased", cout, studentSet.begin(), studentSet.end());
    //改，set的迭代器it有const修饰符,那么对它元素的修改就必然不能成功了。
    //查 find用于检查元素是否属于集合，如果元素在集合容器中找到，则返回指向该元素的迭代器。否则返回set.end()
    cout<<*(studentSet.find(studentInfo("10002", "Li si")))<<endl;
}

运行结果：

输入一个字符串，用map统计每个字符出现的次数并输出字符及对应的次数

• 映射与集合同属于单重关联容器，它们的主要区别在于，集合的元素类型是键本身，而映射的元素类型是由键和附加数据所构成的二元组。
• 在集合中按照键查找一个元素时，一般只是用来确定这个元素是否存在，而在映射中按照键查找一个元素时，除了能确定它的存在性外，还可以得到相应的附加数据。

void TestMap()
{
    map<char, int> s;   //用来存储字母出现次数的映射
        char c;				//存储输入字符
        do {
            cin >> c;//输入下一个字符
            if (isalpha(c))//判断是否是字母
            {
                c = tolower(c);//将字母转换为小写
                s[c]++;//将该字母的出现频率加1
            }
        } while (c != '.');//碰到“.”则结束输入
            //输出每个字母出现次数
        for (map<char, int>::iterator iter = s.begin(); iter != s.end(); ++iter)
            cout << iter->first << "" << iter->second << " ";
        cout << endl;
}

运行结果：

这篇关于C++ 实验四 STL的文章就介绍到这儿，希望我们推荐的文章对大家有所帮助，也希望大家多多支持为之网！