【C++提高编程(二)】

一、STL初识

1.1、STL的诞生

·长久以来，软件界一直希望建立一种可重复利用的东西

·C++的面向对象和泛型编程思想，目的就是复用性的提升

·大多情况下，数据结构和算法都未能有一套标准,导致被迫从事大量重复工作

·为了建立数据结构和算法的一套标准,诞生了STL

1.2、STL基本概念

·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

1.3、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。?

1.4、STL中容器、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:

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?

1.5、容器算法迭代器初识

了解STL中容器、算法、迭代器概念之后，我们利用代码感受STL的魅力

STL中最常用的容器为Vector，可以理解为数组，下面我们将学习如何向这个容器中插入数据、并遍历这个容器。

1.5.1、vector存放内置数据类型

容器:vector

算法:for_each

迭代器:vector<int>::iterator

示例:?

using namespace std;
#include <iostream>
#include <vector>
#include <algorithm>//标准算法头文件

void myPrint(int val)
{
	cout << val << " ";
}

void test01()
{
	//创建一个vector容器,数组
	vector<int> v;

	//向容器中插入数据
	v.push_back(10);
	v.push_back(20);
	v.push_back(30);
	v.push_back(40);

	//通过迭代器访问容器中的数据
	vector<int>::iterator itBegin = v.begin();//起始迭代器 - 指向容器中第一个元素
	vector<int>::iterator itEnd = v.end();//结束迭代器 - 指向容器中最后一个元素的下一个位置

	//第一种遍历方式
	while (itBegin != itEnd)
	{
		cout << *itBegin << " ";
		itBegin++;
	}
	cout << endl;

	//第二种遍历方式
	for (vector<int> ::iterator it = v.begin(); it != v.end(); it++)
	{
		cout << *it << " ";
	}
	cout << endl;

	//第三种遍历方式 - 利用STL提供的遍历算法
	for_each(v.begin(), v.end(), myPrint);
	cout << endl;
}

int main()
{
	test01();

	system("pause");
	return 0;
}

1.5.2、Vector存放自定义数据类型

学习目标:vector中存放自定义数据类型，并打印输出

示例:

//存放自定义数据类型
class Person
{
public:
	string m_Name;
	int m_Age;

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

void test01()
{
	vector<Person> v;

	Person p1("孙悟空", 999);
	Person p2("沙悟净", 569);
	Person p3("猪悟能", 789);
	Person p4("唐三藏", 40);
	Person p5("白龙马", 423);

	//向容器中插入数据
	v.push_back(p1);
	v.push_back(p2);
	v.push_back(p3);
	v.push_back(p4);
	v.push_back(p5);

	//遍历容器中的数据
	for (vector<Person>::iterator it = v.begin(); it != v.end(); it++)
	{
		//cout << "姓名:" << (*it).m_Name << " 年龄:" << (*it).m_Age << endl;
		cout << "姓名:" << it->m_Name << " 年龄:" << it->m_Age << endl;
	}
}


//存放自定义数据类型的指针
void test02()
{
	vector<Person*> v;

	Person p1("孙悟空", 999);
	Person p2("沙悟净", 569);
	Person p3("猪悟能", 789);
	Person p4("唐三藏", 40);
	Person p5("白龙马", 423);

	//向容器中插入数据
	v.push_back(&p1);
	v.push_back(&p2);
	v.push_back(&p3);
	v.push_back(&p4);
	v.push_back(&p5);

	//遍历容器中的数据
	for (vector<Person*>::iterator it = v.begin(); it != v.end(); it++)
	{
		cout << "姓名:" << (*it)->m_Name << " 年龄:" << (*it)->m_Age << endl;
	}
}

int main()
{
	//test01();
	test02();

	system("pause");
	return 0;
}

1.5.3、Vector容器嵌套容器?

学习目标:容器中嵌套容器，我们将所有数据进行遍历输出

示例:

void test01()
{
	vector<vector<int>> v;

	//创建小容器
	vector<int> v1;
	vector<int> v2;
	vector<int> v3;
	vector<int> v4;

	//向小容器中添加数据
	for (int i = 0; i < 4; i++)
	{
		v1.push_back(i);
		v2.push_back(i+1);
		v3.push_back(i+2);
		v4.push_back(i+3);
	}

	//将小容器插入到大容器中
	v.push_back(v1);
	v.push_back(v2);
	v.push_back(v3);
	v.push_back(v4);

	//通过大容器遍历所有数据
	for (vector<vector<int>>::iterator it = v.begin(); it != v.end(); it++)
	{
		//(*it) --- vector<int>类型的容器
		for (vector<int>::iterator ir = (*it).begin(); ir != (*it).end(); ir++)
		{
			cout << *ir << " ";
		}
		cout << endl;
	}
}

int main()
{
	test01();

	system("pause");
	return 0;
}

二、STL - 常用容器

2.1、string容器

2.1.1、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?

2.1.2、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-个string对象

·string(int n, char c);//使用n个字符c初始化

示例:?

void test01()
{
	string s1;//默认构造

	const char* str = "hello world";
	string s2(str);
	cout << "s2 = " << s2 << endl;

	string s3(s2);
	cout << "s3 = " << s3 << endl;

	string s4(10, 'a');
	cout << "s4 = " << s4 << 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

2.1.3、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:

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 , 'a');
	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

2.1.4、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p0s开始的n个字符连接到字符串结尾

总结:字符串拼接的重载版本很多，初学阶段记住几种即可

2.1.5、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 charc,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 charc,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

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

2.1.6、string字符串比较

功能描述:?

·字符串之间的比较?

比较方式:

·字符串比较是按字符的ASCII码进行对比

= 返回 0

> 返回 1

< 返回 -1

函数原型:

·int compare(const string &s)const;//与字符串s比较

·int compare(const char *s)const;//与字符串s比较

总结:字符串对比主要是用于比较两个字符串是否相等，判断谁大谁小的意义并不是很大?

2.1.7、string字符存取

string中单个字符存取方式有两种

·char& operator[](int n);//通过[]方式取字符

·char& at(int n);//通过at方法获取字符

示例:

void test01()
{
	string str = "hello";

	//1.通过[]访问单个字符
	for (int i = 0; i < str.size(); i++)
	{
		cout << str[i] << " ";
	}
	cout << endl;

	//2.通过at方式访问单个字符
	for (int i = 0; i < str.size(); i++)
	{
		cout << str.at(i) << " ";
	}
	cout << endl;

	//修改单个字符
	str[0] = 'x';
	cout << "str = " << str << endl;

	str.at(1) = 'x';
	cout << "str = " << str << endl;
}

int main()
{
	test01();

	system("pause");
	return 0;
}

总结:string字符串中单个字符存取有两种方式，利用[]或 at

2.1.8、string插入和删除

功能描述:

·对string字符串进行插入和删除字符操作

函数原型:

·string& insert(int pos,const char* s);//插入字符串

·string& insert(int pos,const string& str);//插入字符串

·string& insert(int pos,int n,char c);//在指定位置插入n个字符c

·string& erase(int pos,int n = npos);//删除从pos开始的n个字符

总结:插入和删除的起始下标都是从0开始

2.1.9、string子串?

功能描述:
·从字符串中获取想要的子串

函数原型:?

·string substr(int pos = 0，intn = npos)const;//返回由pos开始的n个字符组成的字符串

示例:?

void test01()
{
	string str = "abcdef";
	string subStr = str.substr(1, 3);
	cout << "subStr = " << subStr << endl;
}

//实用操作
void test02()
{
	string email = "zhangsan@sina.com";

	//从邮件地址中获取用户名信息
	int pos = email.find("@");
	cout << "pos = " << pos << endl;

	string userName = email.substr(0, pos);
	cout << userName << endl;
}

int main()
{
	//test01();
	test02();

	system("pause");
	return 0;
}

总结:灵活的运用求子串功能，可以在实际开发中获取有效的信息

2.2、vector容器?

2.2.1、vector基本概念

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?

2.2.2、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。

总结:vector的多种构造方式没有可比性，灵活使用即可

2.2.3、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

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

2.2.4、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。

示例:?

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())//为真代表容器为空
	{
		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;
	}

	//重新指定大小
	v1.resize(15 , 100);//利用重载的版本,可以指定默认填充值,参数2
	printVector(v1);//如果重新指定的大小比原来长了,默认用0来填充新的位置

	v1.resize(5);//如果重新指定的比原来短了,超出的部分会删除掉
	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

2.2.5、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

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

2.2.6、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

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

2.2.7、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:

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);
	}
	vector<int> v2;
	for (int i = 10; i > 0; i--)
	{
		v2.push_back(i);
	}
	cout << "交换前:" << endl;
	printVector(v1);
	printVector(v2);

	cout << "交换后:" << endl;
	v1.swap(v2);
	printVector(v1);
	printVector(v2);

	vector<int> v;
	for (int i = 0; i < 10000; i++)
	{
		v.push_back(i);
	}
	cout << "v的容量:" << v.capacity() << endl;
	cout << "v的大小:" << v.size() << endl;

	v.resize(3);
	cout << "v的容量:" << v.capacity() << endl;
	cout << "v的大小:" << v.size() << endl;

	//巧用swap收缩内存
	vector<int>(v).swap(v);
	cout << "v的容量:" << v.capacity() << endl;
	cout << "v的大小:" << v.size() << endl;
}

int main()
{
	test01();

	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

2.2.8、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。

示例:

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

void test01()
{
	vector<int> v;

	//利用reserve预留空间
	v.reserve(100000);
	
	int num = 0;//统计内存重新开辟次数
	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;
}

预留前:

预留后:

总结:如果数据量较大，可以一开始利用reserve预留空间