C++ STL 和常用库函数type
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May 26, 2024 10:17 AM
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什么是STL？
除了从
C标准库保留下来的一些功能之外，C++还提供了一个基于模板实现的标准库模板（Standard Template Library，简称STL）STL 基于模板实现了一些面向序列数据的表示以及常用的操作STL支持了一种抽象的编程模式
- 隐藏了一些低级的程序元素，如数组、链表、循环等
STL包含什么？
- 容器类模板：容器用于存储序列化的数据，如：向量、队列、栈、集合等。
- 算法（函数）模板：算法用于对容器中的数据元素进行一些常用操作，如：排序、统计等。
- 迭代器类模板
- 抽象的指针
- 迭代器是容器和算法之间的桥梁
学习目标
- 熟知STL中的各种容器的名称和特点
- 熟知STL中提供了哪几类常用的算法
- 熟悉常用容器以及常用算法的常用API接口
- 对于不太常用的或者已经忘记的API，能够在需要的时候查文档或者再次翻阅教程解决问题
1. #include <vector>
vector是变长数组，支持随机访问，不支持在任意位置 O(1) 插入。为了保证效率，元素的增删一般应该在末尾进行。1.2
size/empty
size函数返回vector的实际长度（包含的元素个数），empty函数返回一个bool类型，表明vector是否为空。二者的时间复杂度都是 O(1)。
所有的STL容器都支持这两个方法，含义也相同，之后我们就不再重复给出。1.3
clear
clear函数把vector清空。1.4 迭代器
迭代器就像STL容器的“指针”，可以用星号*操作符解除引用。
一个保存
int的vector的迭代器声明方法为：vector<int>::iterator it;
vector的迭代器是“随机访问迭代器”，可以把vector的迭代器与一个整数相加减，其行为和指针的移动类似。可以把vector的两个迭代器相减，其结果也和指针相减类似，得到两个迭代器对应下标之间的距离。1.5
begin/end
begin函数返回指向vector中第一个元素的迭代器。例如a是一个非空的vector，则*a.begin()与a[0]的作用相同。所有的容器都可以视作一个“前闭后开”的结构，
end函数返回vector的尾部，即第n 个元素再往后的“边界”。*a.end()与a[n]都是越界访问，其中n = a.size()。下面两份代码都遍历了vector<int> a，并输出它的所有元素。
1.6
front/back
front函数返回vector的第一个元素，等价于a.begin()和a[0]。
back函数返回vector的最后一个元素，等价于*a.end()和a[a.size() – 1]。1.7
push_back()和pop_back()
a.push_back(x)把元素x插入到vector a的尾部。
b.pop_back()删除vector a的最后一个元素。2 #include <queue>
头文件
queue主要包括循环队列queue和优先队列priority_queue两个容器。2.1 声明
2.2 循环队列
queue
2.3 优先队列
priority_queue
3. #include <stack>
头文件
stack包含栈。声明和前面的容器类似。
4. #include <deque>
双端队列
deque是一个支持在两端高效插入或删除元素的连续线性存储空间。它就像是vector和queue的结合。与vector相比，deque在头部增删元素仅需要 O(1)的时间；与queue相比，deque像数组一样支持随机访问。
5. #include <set>
头文件
set主要包括set和multiset两个容器，分别是“有序集合”和“有序多重集合”，即前者的元素不能重复，而后者可以包含若干个相等的元素。set和multiset的内部实现是一棵红黑树，它们支持的函数基本相同。5.1 声明
5.2
size/empty/clear
与vector类似5.3 迭代器
set和multiset的迭代器称为“双向访问迭代器”，不支持“随机访问”，支持星号*解除引用，仅支持++和--两个与算术相关的操作。设
it是一个迭代器，例如set<int>::iterator it ；若把
it ++，则it会指向“下一个”元素。这里的“下一个”元素是指在元素从小到大排序的结果中，排在it下一名的元素。同理，若把it --，则it将会指向排在“上一个”的元素。5.4
begin/end
返回集合的首、尾迭代器，时间复杂度均为 O(1)O(1)。s.begin()是指向集合中最小元素的迭代器。s.end()是指向集合中最大元素的下一个位置的迭代器。换言之，就像vector一样，是一个“前闭后开”的形式。因此-- s.end()是指向集合中最大元素的迭代器。5.5
insert
s.insert(x)把一个元素x插入到集合s中，时间复杂度为 O(logn)。在
set中，若元素已存在，则不会重复插入该元素，对集合的状态无影响。5.6
find
s.find(x)在集合s中查找等于x的元素，并返回指向该元素的迭代器。若不存在，则返回s.end()。时间复杂度为 O(logn)。5.7
lower_bound/upper_bound
这两个函数的用法与find类似，但查找的条件略有不同，时间复杂度为 O(logn)。s.lower_bound(x)查找大于等于x的元素中最小的一个，并返回指向该元素的迭代器。s.upper_bound(x)查找大于x的元素中最小的一个，并返回指向该元素的迭代器。5.8
erase
设it是一个迭代器，s.erase(it)从s中删除迭代器it指向的元素，时间复杂度为 O(logn)。设
x是一个元素，s.erase(x)从s中删除所有等于x的元素，时间复杂度为 O(k+logn)，其中 k是被删除的元素个数。5.9
count
s.count(x)返回集合s中等于x的元素个数，时间复杂度为 O(k+logn)，其中 k 为元素x的个数。5.10
#include <unorderd_set>5.11
#include<bitset> 0 1 二进制串6. #include <map>
map容器是一个键值对key-value的映射，其内部实现是一棵以key为关键码的红黑树。Map的key和value可以是任意类型，其中key必须定义小于号运算符。6.1 声明
6.2
size/empty/clear/begin/end
均与set类似。6.3
insert/erase
与set类似，但其参数均是pair<key_type, value_type>。6.4
find
h.find(x)在变量名为h的map中查找key为x的二元组。6.5
[]操作符
h[key]返回key映射的value的引用，时间复杂度为 O(logn)。[]操作符是map最吸引人的地方。我们可以很方便地通过h[key]来得到key对应的value，还可以对h[key]进行赋值操作，改变key对应的value。6.6
#include<unordered_map>pair 常用操作：
- 求x的第k位数字 x >> k & 1
- lowbit(x) = x & -x，返回x的最后一位1
2. 常用库函数
2.1
reverse翻转
翻转一个vector：reverse(a.begin(), a.end());
翻转一个数组，元素存放在下标1 ~ n：reverse(a + 1, a + n + 1);
2.2 unique去重
返回去重（只去掉相邻的相同元素）之后的尾迭代器（或指针），仍然为前闭后开，即这个迭代器是去重之后末尾元素的下一个位置。该函数常用于离散化，利用迭代器（或指针）的减法，可计算出去重后的元素个数。把一个
vector去重：int m = unique(a.begin(), a.end()) – a.begin();
把一个数组去重，元素存放在下标1 ~ n：int m = unique(a + 1, a + n + 1) – (a + 1);
2.3
random_shuffle随机打乱
用法与reverse相同。2.4
sort对两个迭代器（或指针）指定的部分进行快速排序。可以在第三个参数传入定义大小比较的函数，或者重载“小于号”运算符。
把一个
int数组（元素存放在下标1 ~ n）从大到小排序，传入比较函数：把自定义的结构体
vector排序，重载“小于号”运算符：2.5
lower_bound/upper_bound 二分lower_bound的第三个参数传入一个元素x，在两个迭代器（指针）指定的部分上执行二分查找，返回指向第一个大于等于x的元素的位置的迭代器（指针）。upper_bound的用法和lower_bound大致相同，唯一的区别是查找第一个大于x的元素。当然，两个迭代器（指针）指定的部分应该是提前排好序的。在有序
int数组（元素存放在下标1 ~ n）中查找大于等于x的最小整数的下标：int i = lower_bound(a + 1, a + 1 + n, x) - a;
在有序vector<int>中查找小于等于x的最大整数（假设一定存在）：int y = *--upper_bound(a.begin(), a.end(), x);