C++STL之ACM相关知识大全

Posted 2020-07-03 PrConstantin

vector
在STL 的头文件中定义了vector（向量容器模板类），vector容器以连续数组的方式存储元素序列，可以将vector 看作是以顺序结构实现的线性表。当我们在程序中需要使用动态数组时，vector 将会是理想的选择，vector 可以在使用过程中动态地增长存储空间。
vector 模板类需要两个模板参数，第一个参数是存储元素的数据类型，第二个参数是存储分配器的类型，其中第二个参数是可选的，如果不给出第二个参数，将使用默认的分配器。

1.定义vector 向量对象的方法：

vector<int> s;

定义一个空的vector 对象，存储的是int 类型的元素。

vector s(n);//定义一个含有n 个int 元素的vector 对象。

vector s(first, last);//定义一个vector 对象，并从由迭代器first 和last 定义的序列[first,last)中复制初值。

vector 的基本操作有：

s[i]; //直接以下标方式访问容器中的元素。
s.front(); //返回首元素。
s.back(); //返回尾元素。
s.push_back(x); //向表尾插入元素x。
s.size(); //返回表长。
s.empty(); //当表空时，返回真，否则返回假。
s.pop_back(); //删除表尾元素。
s.begin(); //返回指向首元素的随机存取迭代器。
s.end(); //返回指向尾元素的下一个位置的随机存取迭代器。
s.insert(it, x); //向迭代器it 指向的元素前插入新元素val。
s.insert(it, n, x); //向迭代器it 指向的元素前插入n 个x。
s.insert(it, first, last); //将由迭代器first 和last 所指定的序列[first, last)插入到迭代器it指向的元素前面。
s.erase(it); //删除由迭代器it 所指向的元素。
s.erase(first, last); //删除由迭代器first 和last 所指定的序列[first, last)。
s.reserve(n); //预分配缓冲空间，使存储空间至少可容纳n 个元素。
s.resize(n); //改变序列的长度，超出的元素将会被删除，如果序列需要扩展（原空间小于n），元素默认值将填满扩展出的空间。
s.resize(n, val);//改变序列的长度，超出的元素将会被删除，如果序列需要扩展（原空间小于n），将用val 填满扩展出的空间。
s.clear(); //删除容器中的所有的元素。
s.swap(v); //将s 与另一个vector 对象v 进行交换。
s.assign(first, last); //将序列替换成由迭代器first 和last 所指定的序列[first, last)。[first, last)不能是原序列中的一部分。要注意的是，resize 操作和clear 操作都是对表的有效元素进行的操作，但并不一定会改变缓冲空间的大小。。

vector 上还定义了序列之间的比较操作运算符(>, <, >=, <=, ==, !=)，
可以按照字典序比较两个序列。还是来看一些示例代码。输入个数不定的一组整数，再将这组整数按倒序输出，
如下所示：

#include <iostream>
#include <vector>
using namespace std;
int main()
{
    vector<int>s;
    int x;
    while(cin>>x)
        s.push_back(x);
    for(int i=s.size()-1;i>=0;i--)
        cout<<s[i]<<" ";
    cout<<endl;
    return 0;
}

iterator
iterator(迭代器)是用于访问容器中元素的指示器，从这个意义上说，iterator(迭代器)相当于数据结构中所说的“遍历指针”，也可以把iterator(迭代器)看作是一种泛化的指针。STL 中关于iterator(迭代器)的实现是相当复杂的，这里我们暂时不去详细讨论关于iterator(迭代器)的实现和使用，而只对iterator(迭代器)做一点简单的介绍。
简单地说，STL 中有以下几类iterator(迭代器)：
输入iterator(迭代器)，在容器的连续区间内向前移动，可以读取容器内任意值；输出iterator(迭代器)，把值写进它所指向的容器中；前向iterator(迭代器)，读取队列中的值，并可以向前移动到下一位置(++p,p++)；双向iterator(迭代器)，读取队列中的值，并可以向前向后遍历容器；随机访问iterator(迭代器), 可以直接以下标方式对容器进行访问，vector 的iterator(迭代器)就是这种iterator(迭代器)；流iterator(迭代器)，可以直接输出、输入流中的值；每种STL 容器都有自己的iterator(迭代器)子类，下面先来看一段简单的示例代码：

#include <iostream>
#include <vector>
using namespace std;
int main()
{
    vector<int> s;
    for(int i=0;i<10;i++)
    {
        s.push_back(i);
    }
    for(vector<int>::iterator it=s.begin();it!=s.end();it++)
    {
        cout<<*it<<" ";
    }
    cout<<endl;
    return 0;
}

vector 的begin()和end()方法都会返回一个vector::iterator 对象，分别指向vector 的首元素位置和尾元素的下一个位置（我们可以称之为结束标志位置）。对一个iterator(迭代器)对象的使用与一个指针变量的使用极为相似，或者可以这样说，指针就是一个非常标准的iterator(迭代器)。再来看一段稍微特别一点的代码：

#include <iostream>  
#include <vector>  
#include <algorithm>
#include <iterator>
using namespace std;  
main()  
{  
    vector<int> s;  
    s.push_back(1);  
    s.push_back(2);  
    s.push_back(3);  
    copy(s.begin(), s.end(), ostream_iterator<int>(cout, ""));  
    cout <<endl;  
    return 1;  
}  

这段代码中的copy 就是STL 中定义的一个模板函数，

copy(s.begin(),s.end(), ostream_iterator<int>(cout, " "));

的意思是将由s.begin()至s.end()(不含s.end())所指定的序列复制到标准输出流cout 中，用” “作为每个元素的间隔。也就是说，这句话的作用其实就是将表中的所有内容依次输出。iterator(迭代器)是STL 容器和算法之间的“胶合剂”，几乎所有的STL 算法都是通过容器的iterator(迭代器)来访问容器内容的。只有通过有效地运用iterator(迭代器)，才能够有效地运用STL 强大的算法功能。

string
字符串是程序中经常要表达和处理的数据，我们通常是采用字符数组或字符指针来表示字符串。STL 为我们提供了另一种使用起来更为便捷的字符串的表达方式：string。string 类的定义在头文件中。string 类其实可以看作是一个字符的vector，vector 上的各种操作都可以适用于string，另外，string 类对象还支持字符串的拼合、转换等操作。

stack
stack 模板类的定义在头文件中。
满足先进后出原则；
stack 模板类需要两个模板参数，一个是元素类型，一个容器类型，但只有元
素类型是必要的，在不指定容器类型时，默认的容器类型为deque(双端队列)。
定义stack 对象的示例代码如下：

stack<int> s1;
stack<string> s2;

stack 的基本操作有：

入栈，如例：s.push(x);
出栈，如例：s.pop();//注意，出栈操作只是删除栈顶元素，并不返回该元素。
访问栈顶，如例：s.top()；
判断栈空，如例：s.empty()；，当栈空时，返回true。
访问栈中的元素个数，如例：s.size()；

queue
queue 模板类的定义在头文件中。
满足先进先出原则；
stack 模板类很相似，queue 模板类也需要两个模板参数，一个是元素类型，一个容器类型，元素类型是必要的，容器类型是可选的，默认为deque 类型。

定义queue 对象的示例代码如下：

queue<int> q1;
queue<double> q2;

queue 的基本操作有：
入队，如例：q.push(x); 将x 接到队列的末端。
出队，如例：q.pop(); 弹出队列的第一个元素，注意，并不会返回被弹出元素的值。
访问队首元素，如例：q.front()，即最早被压入队列的元素。
访问队尾元素，如例：q.back()，即最后被压入队列的元素。
判断队列空，如例：q.empty()，当队列空时，返回true。
访问队列中的元素个数，如例：q.size()

根据队列性质其常用于BFS题目中；

priority_queue
在头文件中，还定义了另一个非常有用的模板类priority_queue(优先队列）。
优先队列与队列的差别在于优先队列不是按照入队的顺序出队，而是按照队列中元素的优先权顺序出队（默认为大者优先，也可以通过指定算子来指定自己的优先顺序）。
priority_queue 模板类有三个模板参数，第一个是元素类型，第二个容器类型，第三个是比较算子。其中后两个都可以省略，默认容器为vector，默认算子为less，即小的往前排，大的往后排（出队时序列尾的元素出队）。

定义priority_queue 对象的示例代码如下：

priority_queue<int> q1;
priority_queue< pair<int, int> > q2; // 注意在两个尖括号之间一定要留空格。
priority_queue<int, vector<int>, greater<int> > q3; // 定义小的先出队

priority_queue 的基本操作与queue 相同。
初学者在使用priority_queue 时，最困难的可能就是如何定义比较算子了。如果是基本数据类型，或已定义了比较运算符的类，可以直接用STL 的less算子和greater 算子——默认为使用less 算子，即小的往前排，大的先出队。
如果要定义自己的比较算子，方法有多种，这里介绍其中的一种：重载比较运算符。优先队列试图将两个元素x 和y 代入比较运算符(对less 算子，调用x

#include <iostream>  
#include <queue>  
using namespace std;  
class T  
{  
    public:  
        int x, y, z;  
        T(int a, int b, int c):x(a), y(b), z(c){}  
};  
bool operator < (const T &t1, const T &t2)  
{  
    return t1.z < t2.z; // 按照z 的顺序来决定t1 和t2 的顺序，即小的往前排，大的先出队。  
}  
int main()  
{  
    priority_queue<T> q;  
    q.push(T(4,4,3));  
    q.push(T(2,2,5));  
    q.push(T(1,5,4));  
    q.push(T(3,3,6));  
    while (!q.empty())  
    {  
        T t = q.top(); q.pop();  
        cout << t.x << " " << t.y << " " << t.z << endl;  
    }  
return 0;   
}  
/*输出结果为(注意是按照z 的顺序从大到小出队的)： 
3 3 6 
2 2 5 
1 5 4 
4 4 3*/ 

再看一个按照z 的顺序从小到大出队的例子：

#include <iostream>  
#include <queue>  
using namespace std;  
class T  
{  
    public:  
        int x, y, z;  
    T(int a, int b, int c):x(a), y(b), z(c)  
    {  
    }  
};  
bool operator > (const T &t1, const T &t2)  
{  
    return t1.z > t2.z;  //即大的往前排，小的先出队。
}  
int main()  
{  
    priority_queue<T, vector<T>, greater<T> > q;  
    q.push(T(4,4,3));  
    q.push(T(2,2,5));  
    q.push(T(1,5,4));  
    q.push(T(3,3,6));  
    while (!q.empty())  
    {  
        T t = q.top(); q.pop();  
        cout << t.x << " " << t.y << " " << t.z << endl;  
    }  
    return 0;  
}  

/*输出结果为：
4 4 3
1 5 4
2 2 5
3 3 6*/

如果我们把第一个例子中的比较运算符重载为：

bool operator < (const T &t1, const T &t2)
{
    return t1.z > t2.z; // 按照z 的顺序来决定t1 和t2 的顺序，即大的往前排，小的先出队。
}

则第一个例子的程序会得到和第二个例子的程序相同的输出结果。

例题：
POJ1338-丑数
http://poj.org/problem?id=1338

#include <iostream>  
#include <queue>  
using namespace std;  
typedef pair<unsigned long int, int> node_type;  
int main( int argc, char *argv[] )  
{  
    unsigned long int result[1500];  
    priority_queue< node_type, vector<node_type>,  
    greater<node_type> > Q; 
    //优先队列的声明方式：Greater为小的先输出，less为大的先出 
    Q.push( make_pair(1, 3) );  
    for (int i=0; i<1500; i++)  
    {  
        node_type node = Q.top();  
        Q.pop();  
        switch(node.second)  
        {  
            case 3: Q.push( make_pair(node.first*2, 3) );  
            case 2: Q.push( make_pair(node.first*3, 2) );  
            case 1: Q.push( make_pair(node.first*5, 1) );  
        }  
        result[i] = node.first;  //node.first访问pair的第一个元素
    }  
    int n;  
    cin >> n;  
    while (n>0)  
    {  
        cout << result[n-1] << endl;  
        cin >> n;  
    }  
    return 0;  
}

map
在STL 的头文件

1、定义map 对象：

map<string, int> m;

2、向map 中插入元素对，有多种方法，例如：
m[key] = value;
[key]操作是map 很有特色的操作，如果在map 中存在键值为key 的元素对，
则返回该元素对的值域部分，否则将会创建一个键值为key 的元素对，值域为默认值。
所以可以用该操作向map 中插入元素对或修改已经存在的元素对的值域

m.insert( make_pair(key, value) );

直接调用insert 方法插入元素对，insert 操作会返回一个pair，当map 中没有与key 相匹配的键值时，其first 是指向插入元素对的迭代器，其second 为true；若map 中已经存在与key 相等的键值时，其first 是指向该元素对的迭代器，second 为false。

3、查找元素对：

int i = m[key];

要注意的是，当与该键值相匹配的元素对不存在时，会创建键值为key 的元素对。

map<string, int>::iterator it = m.find(key);

如果map 中存在与key 相匹配的键值时，find 操作将返回指向该元素对的迭代器，否则，返回的迭代器等于map 的end()（参见vector 中提到的begin和end 操作）。

4、删除元素对：

m.erase(key);//删除与指定key 键值相匹配的元素对，并返回被删除的元素的个数。
m.erase(it);//删除由迭代器it 所指定的元素对，并返回指向下一个元素对的迭代器。

举个简单的例子：

#include<map>  
#include<iostream>  
using namespace std;  
typedef map<int, string, less<int> > M_TYPE;  
typedef M_TYPE::iterator M_IT;  
typedef M_TYPE::const_iterator M_CIT;  
int main()  
{  
    M_TYPE MyTestMap;  
    MyTestMap[3] = "No.3";  
    MyTestMap[5] = "No.5";  
    MyTestMap[1] = "No.1";  
    MyTestMap[2] = "No.2";  
    MyTestMap[4] = "No.4";  
    M_IT it_stop = MyTestMap.find(2);  
    cout << "MyTestMap[2] = " << it_stop->second << endl;  
    it_stop->second = "No.2 After modification";  
    cout << "MyTestMap[2] = " << it_stop->second << endl;  
    cout << "Map contents : " << endl;  
    for(M_CIT it = MyTestMap.begin(); it != MyTestMap.end();it++)  
    {  
        cout << it->second << endl;  
    }  
    return 0;  
}  
/*程序执行的输出结果为： 
MyTestMap[2] = No.2 
MyTestMap[2] = No.2 After modification 
Map contents : 
No.1 
No.2 After modification 
No.3 
No.4 
No.5*/  

insert 使用方法：

#include <iostream>  
#include <map>  
using namespace std;  
int main()  
{  
    map<string, int> m;  
    m["one"] = 1;  
    m["two"] = 2;  
    // 几种不同的insert 调用方法  
    m.insert(make_pair("three", 3));//推荐使用  
    m.insert(map<string, int>::value_type("four", 4));  
    m.insert(pair<string, int>("five", 5));  
    string key;  
    while (cin>>key)  
    {  
        map<string, int>::iterator it = m.find(key);  
        if (it==m.end())  
        {  
            cout << "No such key!" << endl;  
        }  
        else  
        {  
            cout << key << " is " << it->second << endl;  
            cout << "Erased " << m.erase(key) << endl;  
        }  
    }  
    return 0;  
} 

map的例题：

HDU1263 水果
http://acm.hdu.edu.cn/showproblem.php?pid=1263

用map关联map：
代码如下：

#include <iostream>
#include <map>
#include <string>
using namespace std;
int main()
{

    int n,m;
    cin>>n;
    while(n--)
    {
        string name,space;
        int num;
        map<string,map<string,int> > mp;
        cin>>m;
        for(int i=0;i<m;i++)
        {
            cin>>name>>space>>num;
            mp[space][name]+=num;
        }
        for(map<string,map<string,int> > ::iterator it1=mp.begin();it1!=mp.end();it1++)
        {
            cout<<it1->first<<endl;
            for(map<string,int>::iterator it2=it1->second.begin();it2!=it1->second.end();it2++)
            {

                cout<<"   "<<"|----"<<it2->first<<"("<<it2->second<<")"<<endl;
            }
        }
        if(n)cout<<endl;
    }
    return 0;
}

set
set集合容器：实现了红黑树的平衡二叉检索树的数据结构，插入元素时，它会自动调整二叉树的排列，把元素放到适当的位置，以保证每个子树根节点键值大于左子树所有节点的键值，小于右子树所有节点的键值；另外，还得保证根节点左子树的高度与右子树高度相等。
平衡二叉检索树使用中序遍历算法，检索效率高于vector、deque和list等容器，另外使用中序遍历可将键值按照从小到大遍历出来。
构造set集合主要目的是为了快速检索，不可直接去修改键值。

常见用法：
begin() 　　 ,返回set容器的第一个元素
end() 　　　　 ,返回set容器的最后一个元素
clear() 　　 ,删除set容器中的所有的元素
empty() 　　　,判断set容器是否为空
max_size() 　 ,返回set容器可能包含的元素最大个数
size() 　　　　 ,返回当前set容器中的元素个数
rbegin　　　　 ,返回的值和end()相同
rend()　　　　 ,返回的值和rbegin()相同

更多用法参见：
http://www.cnblogs.com/BeyondAnyTime/archive/2012/08/13/2636375.html

直接比较例子：

#include<iostream>  
#include<set>  
#include<string>  
using namespace std;  
int main(){  
    set<string>strset;  
    set<string>::iterator it;  
    strset.insert("cantaloupes");  
    strset.insert("apple");  
    strset.insert("orange");  
    strset.insert("banana");  
    strset.insert("grapes");  
    strset.insert("grapes");   
    for(it=strset.begin();it!=strset.end();it++){  
        cout<<*it<<" ";  
    }  
    cout<<endl;  
    return 0;  
}  

运行结果：

结构体中元素比较：

#include<cstring>  
#include<set>  
using namespace std;  
struct Student
{  
  int id;  
  char name[20];  
}stu1,stu2,stu3;  

struct setCmp {    
 bool operator()(Student a,Student b) {    
  return a.id>b.id;    
 }    
};   

int main(){  
    set<Student,setCmp>mys;  
    set<Student>::iterator it;  
    stu1.id=1008;  
    strcpy(stu1.name,"zhangsan");  
    mys.insert(stu1);  

    stu2.id=1001;  
    strcpy(stu2.name,"lisi");  
    mys.insert(stu2);  

    stu3.id=1005;  
    strcpy(stu3.name,"wangwu");  
    mys.insert(stu3);  

    for(it=mys.begin();it!=mys.end();++it){  
        cout<<it->id<<" "<<it->name<<endl;  
    }  
    return 0;  
}

min_element/max_element
找出容器中的最小/最大值：

#include <iostream>
#include <vector>
#include <algorithm>
using namespace std;
int main()
{
    vector<int> v;
    int n,m;
    while(cin>>n)
    {
        for(int i=0;i<n;i++)
        {
            cin>>m;
            v.push_back(m);
        }
        cout<<*max_element(v.begin(),v.end())<<" "<<*min_element(v.begin(),v.end())<<endl;
        v.clear();
    }
    return 0;
}

或是：

#include <iostream>
#include <vector>
#include <algorithm>
using namespace std;
int main()
{
    vector<int> v;
    int n,m;
    while(cin>>n)
    {
        for(int i=0;i<n;i++)
        {
            cin>>m;
            v.push_back(m);
        }
        float max_num=*max_element(v.begin(),v.end());
        float min_num=*min_element(v.begin(),v.end());
        cout<<max_num<<" "<<min_num<<endl;
        v.clear();
    }
    return 0;
}

sort
对容器进行排序

#include <iostream>  
#include <vector>  
#include <algorithm>  
using namespace std;  
void Print(vector<int> &L)  
{  
    for (vector<int>::iterator it=L.begin(); it!=L.end();it++)  
    cout << *it << " ";  
    cout << endl;  
}  
int main()  
{  
    vector<int> L;  
    for (int i=0; i<5; i++)   
        L.push_back(i);  
    for (int i=9; i>=5; i--)   
        L.push_back(i);  
    Print(L);  
    sort(L.begin(), L.end());  
    Print(L);  
    sort(L.begin(), L.end(), greater<int>()); // 按降序排序  
    Print(L);  
    return 0;  
}  
/*
0 1 2 3 4 9 8 7 6 5
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
9 8 7 6 5 4 3 2 1 0
*/

copy
在容器间复制元素：

#include <vector>  
#include <algorithm>  
#include <iostream>  
using namespace std;  
int main()  
{  
    // 先初始化两个向量v1 和v2  
    vector <int> v1, v2;  
    for (int i=0; i<=5; i++)   
        v1.push_back(10*i);  
    for (int i=0; i<=10; i++)   
        v2.push_back(3*i);  
    cout << "v1 = ( " ;  
    for (vector <int>::iterator it=v1.begin(); it!=v1.end();it++)  
        cout << *it << " ";  
    cout << ")" << endl;  
    cout << "v2 = ( " ;  
    for (vector <int>::iterator it=v2.begin(); it!=v2.end();it++)  
        cout << *it << " ";  
    cout << ")" << endl;  
    // 将v1 的前三个元素复制到v2 的中间  
    copy(v1.begin(), v1.begin()+3, v2.begin()+4);  
    cout << "v2 with v1 insert = ( " ;  
    for (vector <int>::iterator it=v2.begin(); it!=v2.end();it++)  
        cout << *it << " ";  
    cout << ")" << endl;  
    // 在v2 内部进行复制，注意参数2 表示结束位置，结束位置不参与复制  
    copy(v2.begin()+4, v2.begin()+7, v2.begin()+2);  
    cout << "v2 with shifted insert = ( " ;  
    for (vector <int>::iterator it=v2.begin(); it!=v2.end();it++)  
    cout << *it << " ";  
    cout << ")" << endl;  
    return 0;  
}  

程序的输出结果为：
v1 = ( 0 10 20 30 40 50 )
v2 = ( 0 3 6 9 12 15 18 21 24 27 30 )
v2 with v1 insert = ( 0 3 6 9 0 10 20 21 24 27 30 )
v2 with shifted insert = ( 0 3 0 10 20 10 20 21 24 27 30 )

以上资料包括以下的博客的一些摘要，有删减，添加，侵删：
http://blog.csdn.net/xindoo/article/details/8759686
http://www.cnblogs.com/BeyondAnyTime/archive/2012/08/13/2636375.html

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