C++从入门到精通第十六章（STL常用算法）

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原创 2024-03-10 14:43:04 1.6k 阅读 AI 写同款· GEO 优化 ›

C++从入门到精通系列教程之第八篇：模板与STL STL（Standard Template Library）是C++标准库的一部分，它提供了大量模板化的容器、算法和迭代器。借助STL，我们可以编写高效、通用且可重用的代码，而无需从零实现常用数据结构和算法。阅读详情

写在前面：

本系列专栏主要介绍C++的相关知识，思路以下面的参考链接教程为主，大部分笔记也出自该教程，笔者的原创部分主要在示例代码的注释部分。
除了参考下面的链接教程以外，笔者还参考了其它的一些C++教材（比如计算机二级教材和C语言教材），笔者认为重要的部分大多都会用粗体标注（未被标注出的部分可能全是重点，可根据相关部分的示例代码量和注释量判断，或者根据实际经验判断）。
由于C++基本继承了C语言的所有内容，建议读者先阅读C语言系列的专栏，有一些重点是仅在C语言系列专栏中有介绍的（比如二级指针、预处理等）。
如有错漏欢迎指出。

参考教程：黑马程序员匠心之作|C++教程从0到1入门编程,学习编程不再难_哔哩哔哩_bilibili

一、概述

算法主要是由头文件<algorithm> <functional> <numeric>组成：

（1）<algorithm>是所有STL头文件中最大的一个，范围涉及到比较、交换、查找、遍历操作、复制、修改等等。

（2）<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。

（3）<functional>定义了一些模板类，用以声明函数对象。

二、常用遍历算法

1、算法简介

for_each //遍历容器

transform //将容器中的元素搬运到另一个容器中

2、for_each

for_each(iterator beg, iterator end, _func); //遍历容器

// beg——开始迭代器

// end——结束迭代器

// _func——函数或者函数对象

#include<iostream>
#include<vector>
#include<algorithm>
using namespace std;

void print01(int val)
{
	cout << val << "  ";
}
class print02
{
public:
	void operator()(int val)
	{
		cout << val << "  ";
	}
};

void test01()
{
	vector<int>v;
	for (int i = 0; i < 10; i++)
	{
		v.push_back(i);
	}
	for_each(v.begin(), v.end(), print01);
	cout << endl;
	for_each(v.begin(), v.end(), print02());
	cout << endl;
}

int main() {

	test01();

	system("pause");

	return 0;
}

3、transform

transform(iterator beg1, iterator end1, iterator beg2, _func);

// beg1——源容器开始迭代器

// end1——源容器结束迭代器

// beg2——目标容器开始迭代器

#include<iostream>
#include<vector>
#include<algorithm>
using namespace std;

class Transform
{
public:
	int operator()(int v)
	{
		return v;   //可以对v做运算，比如v+100
	}
};
class Print
{
public:
	void operator()(int v)
	{
		cout << v << "  ";
	}
};

void test01()
{
	vector<int>v;
	for (int i = 0; i < 10; i++)
	{
		v.push_back(i);
	}
	vector<int>vTarget;
	vTarget.resize(v.size());     //目标容器需要提前开辟空间
	transform(v.begin(), v.end(), vTarget.begin(), Transform());
	for_each(vTarget.begin(), vTarget.end(), Print());
	cout << endl;
}

int main() {

	test01();

	system("pause");

	return 0;
}

三、常用查找算法

1、算法简介

find //查找元素

find_if //按条件查找元素

adjacent_find //查找相邻重复元素

binary_search //二分查找法

count //统计元素个数

count_if //按条件统计元素个数

//_func 函数或者函数对象

2、find

（1）功能描述：查找指定元素，找到返回指定元素的迭代器，找不到则返回结束迭代器end()。

（2）函数原型：

find(iterator beg, iterator end, value);

// beg——开始迭代器

// end——结束迭代器

// value——查找的元素

#include<iostream>
using namespace std;
#include<algorithm>
#include<vector>
#include<string>

void test01() 
{
	vector<int> v;
	for (int i = 0; i < 10; i++) {
		v.push_back(i + 1);
	}
	//查找容器中是否有 5 这个元素
	vector<int>::iterator it = find(v.begin(), v.end(), 5);
	if (it == v.end())
	{
		cout << "没有找到!" << endl;
	}
	else
	{
		cout << "找到:" << *it << endl;
	}
}

class Person 
{
public:
	Person(string name, int age)
	{
		this->m_Name = name;
		this->m_Age = age;
	}
	//重载==
	bool operator==(const Person& p)
	{
		if (this->m_Name == p.m_Name && this->m_Age == p.m_Age)
		{
			return true;
		}
		return false;
	}
public:
	string m_Name;
	int m_Age;
};

void test02() 
{
	vector<Person> v;

	//创建数据
	Person p1("aaa", 10);
	Person p2("bbb", 20);
	Person p3("ccc", 30);
	Person p4("ddd", 40);

	v.push_back(p1);
	v.push_back(p2);
	v.push_back(p3);
	v.push_back(p4);

	vector<Person>::iterator it = find(v.begin(), v.end(), p2);
	if (it == v.end())
	{
		cout << "没有找到!" << endl;
	}
	else
	{
		cout << "找到姓名:" << it->m_Name << " 年龄: " << it->m_Age << endl;
	}
}

int main() {

	test01();
	test02();

	system("pause");

	return 0;
}

3、find_if

（1）功能描述：按条件查找元素，找到返回指定位置迭代器，找不到返回结束迭代器位置。

（2）函数原型：

find_if(iterator beg, iterator end, _Pred);

// beg——开始迭代器

// end——结束迭代器

// _Pred——函数或者谓词（返回bool类型的仿函数）

#include<iostream>
#include<vector>
#include<algorithm>
#include<string>
using namespace std;

class GreaterFive
{
public:
	bool operator()(int val)
	{
		return val > 5;
	}
};

void test01()
{
	vector<int>v;
	for (int i = 0; i < 10; i++)
	{
		v.push_back(i);
	}
	vector<int>::iterator it;
	it = find_if(v.begin(), v.end(), GreaterFive());
	if (it == v.end())
	{
		cout << "没有找到大于5的数" << endl;
	}
	else
	{
		cout << *it << endl;
	}
}

class Person
{
public:
	int m_Age;
	string m_Name;
	Person(int age, string name)
	{
		this->m_Age = age;
		this->m_Name = name;
	}
};
class Greater20
{
public:
	bool operator()(Person &p)
	{
		return p.m_Age > 20;
	}
};
void test02()
{
	vector<Person>v;
	Person p1(10 ,"aaa");
	Person p2(20 ,"bbb");
	Person p3(30 ,"ccc");
	Person p4(40 ,"ddd");
	v.push_back(p1);
	v.push_back(p2);
	v.push_back(p3);
	v.push_back(p4);
	vector<Person>::iterator it;
	it = find_if(v.begin(), v.end(), Greater20());
	if (it == v.end())
	{
		cout << "没有找到年龄大于20的人" << endl;
	}
	else
	{
		cout << "找到力" << endl;
	}
}

int main() {

	test01();
	test02();

	system("pause");

	return 0;
}

4、adjacent_find

（1）功能描述：查找相邻重复元素，返回相邻元素的第一个位置的迭代器。

（2）函数原型：

adjacent_find(iterator beg, iterator end);

// beg——开始迭代器

// end——结束迭代器

#include<iostream>
using namespace std;
#include<algorithm>
#include<vector>

void test01() 
{
	vector<int> v;
	v.push_back(0);
	v.push_back(2);
	v.push_back(0);
	v.push_back(3);
	v.push_back(1);
	v.push_back(4);
	v.push_back(3);
	v.push_back(3);
	v.push_back(0);
	vector<int>::iterator it;
	it = adjacent_find(v.begin(), v.end());
	if (it == v.end())
	{
		cout << "未找到相邻重复元素" << endl;
	}
	else
	{
		cout << "找到相邻重复元素" << *it << endl;
	}
}

int main() {

	test01();

	system("pause");

	return 0;
}

5、binary_search

（1）功能描述：查找指定元素是否存在，查到就返回true，否则返回false。

（2）函数原型：

bool binary_search(iterator beg, iterator end, value);

// beg——开始迭代器

// end——结束迭代器

// value——查找的元素

// 注意: 虽然它查找效率高，但是在无序序列中不可用

#include<iostream>
using namespace std;
#include<algorithm>
#include<vector>

void test01() 
{
	vector<int> v;
	for (int i = 0; i < 10; i++)
	{
		v.push_back(i);   //如果容器不是有序的序列，那么返回的结果可能会不准确
	}
	bool ret = binary_search(v.begin(), v.end(), 9);
	if (ret)
	{
		cout << "找到元素9" << endl;
	}
	else
	{
		cout << "未找到元素9" << endl;
	}
}

int main() {

	test01();

	system("pause");

	return 0;
}

6、count

（1）功能描述：统计元素个数（统计元素出现次数）。

（2）函数原型：

count(iterator beg, iterator end, value);

// beg——开始迭代器

// end——结束迭代器

// value——统计的元素

#include<iostream>
using namespace std;
#include<algorithm>
#include<vector>

void test01() 
{
	vector<int> v;
	v.push_back(1);
	v.push_back(2);
	v.push_back(4);
	v.push_back(5);
	v.push_back(3);
	v.push_back(4);
	v.push_back(4);
	cout << "4元素个数为" << count(v.begin(), v.end(), 4) << endl;
}

class Person
{
public:
	int m_Age;
	int m_Age2;
	Person(int a1, int a2)
	{
		m_Age = a1;
		m_Age2 = a2;
	}
	bool operator==(const Person &p)
	{
		if (m_Age2 == p.m_Age2)
		{
			return true;
		}
		else
		{
			return false;
		}
	}
};
void test02()
{
	vector<Person>v;
	Person p1(1, 10);
	Person p2(1, 10);
	Person p3(2, 10);
	Person p4(1, 20);
	v.push_back(p1);
	v.push_back(p2);
	v.push_back(p3);
	v.push_back(p4);
	cout << "与p1同Age2的人数为" << count(v.begin(), v.end(), p1)-1 << endl;
}

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

	system("pause");

	return 0;
}

7、count_if

（1）功能描述：按条件统计元素个数（元素出现次数）。

（2）函数原型：

count_if(iterator beg, iterator end, _Pred);

// beg——开始迭代器

// end——结束迭代器

// _Pred——谓词

#include<iostream>
using namespace std;
#include<algorithm>
#include<vector>

class Greater4
{
public:
	bool operator()(int val)
	{
		return val > 4;
	}
};
void test01() 
{
	vector<int> v;
	v.push_back(1);
	v.push_back(2);
	v.push_back(6);
	v.push_back(5);
	v.push_back(3);
	v.push_back(4);
	v.push_back(4);
	cout << "大于4的元素个数为" << count_if(v.begin(), v.end(), Greater4()) << endl;
}

class Person
{
public:
	int m_Age;
	int m_Age2;
	Person(int a1, int a2)
	{
		m_Age = a1;
		m_Age2 = a2;
	}
	bool operator==(const Person &p)
	{
		if (p.m_Age2 == m_Age2)
		{
			return true;
		}
		return false;
	}
};
class Greater15
{
public:
	bool operator()(const Person &p)
	{
		return p.m_Age2 > 15;
	}
};
void test02()
{
	vector<Person>v;
	Person p1(1, 10);
	Person p2(1, 10);
	Person p3(2, 30);
	Person p4(1, 20);
	v.push_back(p1);
	v.push_back(p2);
	v.push_back(p3);
	v.push_back(p4);
	cout << "Age2>15的人数为" << count_if(v.begin(), v.end(), Greater15()) << endl;
}

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

	system("pause");

	return 0;
}

四、常用排序算法

1、算法简介

sort            //对容器内元素进行排序

random_shuffle  //洗牌，指定范围内的元素随机调整次序

merge          //容器元素合并，并存储到另一容器中

reverse         //反转指定范围的元素

2、sort

（1）功能描述：对容器内元素进行排序。

（2）函数原型：

sort(iterator beg, iterator end, _Pred);

// beg——开始迭代器

// end——结束迭代器

// _Pred——谓词

#include<iostream>
using namespace std;
#include<algorithm>
#include<vector>

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

void test01() 
{
	vector<int> v;
	v.push_back(1);
	v.push_back(2);
	v.push_back(6);
	v.push_back(5);
	v.push_back(3);
	v.push_back(4);
	v.push_back(4);
	sort(v.begin(), v.end());
	for_each(v.begin(), v.end(), myPrint);
	cout << endl;
	sort(v.begin(), v.end(),greater<int>());   //改成降序
	for_each(v.begin(), v.end(), myPrint);
	cout << endl;
}

int main() 
{
	test01();

	system("pause");

	return 0;
}

3、random_shuffle

（1）功能描述：洗牌，指定范围内的元素随机调整次序。

（2）函数原型：

random_shuffle(iterator beg, iterator end);

// beg——开始迭代器

// end——结束迭代器

#include<iostream>
using namespace std;
#include<algorithm>
#include<vector>
#include<ctime>

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

void test01() 
{
	vector<int> v;
	v.push_back(1);
	v.push_back(2);
	v.push_back(6);
	v.push_back(5);
	v.push_back(3);
	v.push_back(4);
	v.push_back(4);
	sort(v.begin(), v.end());              //升序排列
	for_each(v.begin(), v.end(), myPrint);
	cout << endl;
	random_shuffle(v.begin(), v.end());    //打乱
	for_each(v.begin(), v.end(), myPrint);
	cout << endl;
}

int main() 
{
	srand((unsigned int)time(NULL));
	test01();

	system("pause");

	return 0;
}

4、merge

（1）功能描述：两个容器元素合并，并存储到另一容器中（两个容器必须是有序的）。

（2）函数原型：

merge(iterator beg1, iterator end1, iterator beg2, iterator end2, iterator dest);

// begx——容器x的开始迭代器

// endx——容器x的结束迭代器

// dest——目标容器的开始迭代器

#include<iostream>
using namespace std;
#include<algorithm>
#include<vector>

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

void test01() 
{
	vector<int> v;
	vector<int> v2;
	for (int i = 0; i < 10; i++)
	{
		v.push_back(i);
		v2.push_back(i + 1);
	}
	vector<int>v3;
	v3.resize(v.size() + v2.size());   //提前给目标容器分配空间
	merge(v.begin(), v.end(), v2.begin(), v2.end(), v3.begin());
	for_each(v3.begin(), v3.end(), myPrint);
	cout << endl;
}

int main() 
{
	test01();

	system("pause");

	return 0;
}

5、reverse

（1）功能描述：将容器内指定范围的元素进行反转。

（2）函数原型：

reverse(iterator beg, iterator end);

// beg——开始迭代器

// end——结束迭代器

#include<iostream>
using namespace std;
#include<algorithm>
#include<vector>

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

void test01() 
{
	vector<int> v;
	v.push_back(10);
	v.push_back(30);
	v.push_back(20);
	v.push_back(50);
	v.push_back(40);
	for_each(v.begin(), v.end(), myPrint);
	cout << endl;
	reverse(v.begin(), v.end());   //首尾对调（反转）
	for_each(v.begin(), v.end(), myPrint);
	cout << endl;
}

int main() 
{
	test01();

	system("pause");

	return 0;
}

五、常用拷贝和替换算法

1、算法简介

copy      //容器内指定范围的元素拷贝到另一容器中

replace    //将容器内指定范围的旧元素修改为新元素

replace_if //容器内指定范围满足条件的元素替换为新元素

swap      //互换两个容器的元素

2、copy

（1）功能描述：容器内指定范围的元素拷贝到另一容器中。

（2）函数原型：

copy(iterator beg, iterator end, iterator dest);

// beg——开始迭代器

// end——结束迭代器

// dest——目标容器的起始迭代器

#include<iostream>
using namespace std;
#include<algorithm>
#include<vector>

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

void test01() 
{
	vector<int> v;
	v.push_back(10);
	v.push_back(30);
	v.push_back(20);
	v.push_back(50);
	v.push_back(40);
	vector<int>v2;
	v2.resize(v.size());
	copy(v.begin(), v.end(), v2.begin());
	for_each(v2.begin(), v2.end(), myPrint);
	cout << endl;
}

int main() 
{
	test01();

	system("pause");

	return 0;
}

3、replace

（1）功能描述：将容器内指定范围的旧元素修改为新元素。

（2）函数原型：

replace(iterator beg, iterator end, oldvalue, newvalue);

// beg——开始迭代器

// end——结束迭代器

// oldvalue——旧元素

// newvalue——新元素

#include<iostream>
using namespace std;
#include<algorithm>
#include<vector>

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

void test01() 
{
	vector<int> v;
	v.push_back(10);
	v.push_back(30);
	v.push_back(20);
	v.push_back(50);
	v.push_back(40);
	v.push_back(20);
	replace(v.begin(), v.end(), 20, 60);
	for_each(v.begin(), v.end(), myPrint);
	cout << endl;
}

int main() 
{
	test01();

	system("pause");

	return 0;
}

4、replace_if

（1）功能描述：将区间内满足条件的元素，替换成指定元素。

（2）函数原型：

replace_if(iterator beg, iterator end, _pred, newvalue);

// beg——开始迭代器

// end——结束迭代器

// _pred——谓词

// newvalue——新元素

#include<iostream>
using namespace std;
#include<algorithm>
#include<vector>

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

class Greater25
{
public:
	bool operator()(int val)
	{
		return val > 25;   //大于25的元素全部替换为60
	}
};
void test01() 
{
	vector<int> v;
	v.push_back(10);
	v.push_back(30);
	v.push_back(20);
	v.push_back(50);
	v.push_back(40);
	v.push_back(20);
	replace_if(v.begin(), v.end(), Greater25(), 60);
	for_each(v.begin(), v.end(), myPrint);
	cout << endl;
}

int main() 
{
	test01();

	system("pause");

	return 0;
}

5、swap

（1）功能描述：互换两个容器的元素（交换的容器元素类型要相同）。

（2）函数原型：

swap(container c1, container c2);

// c1——容器1

// c2——容器2

#include<iostream>
using namespace std;
#include<algorithm>
#include<vector>

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

void test01() 
{
	vector<int> v;
	vector<int> v2;
	for (int i = 0; i < 10; i++)
	{
		v.push_back(i);
		v2.push_back(i + 100);
	}
	for_each(v.begin(), v.end(), myPrint);
	cout << endl;
	for_each(v2.begin(), v2.end(), myPrint);
	cout << endl;
	cout << "-----------------------" << endl;
	v.swap(v2);
	for_each(v.begin(), v.end(), myPrint);
	cout << endl;
	for_each(v2.begin(), v2.end(), myPrint);
	cout << endl;
}

int main() 
{
	test01();

	system("pause");

	return 0;
}

六、常用算术生成算法

1、算法简介

算术生成算法属于小型算法，使用时包含的头文件为 <numeric>。

accumulate //计算容器元素累计总和

fill //向容器中添加元素

2、accumulate

（1）功能描述：计算区间内容器元素累计总和。

（2）函数原型：

accumulate(iterator beg, iterator end, value);

// beg——开始迭代器

// end——结束迭代器

// value——起始值

#include<iostream>
using namespace std;
#include<algorithm>
#include<vector>
#include<numeric>

void test01() 
{
	vector<int> v;
	for (int i = 0; i <= 100; i++)
	{
		v.push_back(i);
	}
	cout << accumulate(v.begin(), v.end(), 1000) << endl;   //1000 + 容器v中元素的总和
}

int main() 
{
	test01();

	system("pause");

	return 0;
}

3、fill

（1）功能描述：向容器中填充指定的元素。

（2）函数原型：

fill(iterator beg, iterator end, value);

// beg——开始迭代器

// end——结束迭代器

// value——填充值

#include<iostream>
using namespace std;
#include<algorithm>
#include<vector>
#include<numeric>

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

void test01() 
{
	vector<int> v;
	v.resize(10);
	fill(v.begin(), v.end(), 100);
	for_each(v.begin(), v.end(), myPrint);
}

int main() 
{
	test01();

	system("pause");

	return 0;
}

七、常用集合算法

1、算法简介

set_intersection //求两个容器的交集

set_union //求两个容器的并集

set_difference //求两个容器的差集

2、set_intersection

（1）功能描述：求两个容器的交集（两个集合必须是有序序列），返回值是交集中最后一个元素的位置。

（2）函数原型：

set_intersection(iterator beg1, iterator end1, iterator beg2, iterator end2, iterator dest);

// begx——容器x的开始迭代器

// endx——容器x的结束迭代器

// dest——目标容器的开始迭代器

#include<iostream>
using namespace std;
#include<algorithm>
#include<vector>
#include<numeric>

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

void test01() 
{
	vector<int> v1;
	vector<int> v2;
	for (int i = 0; i < 10; i++)
	{
		v1.push_back(i);     //0-9
		v2.push_back(i + 5); //5-14
	}
	vector<int> v3;
	v3.resize(min(v1.size(), v2.size()));
	vector<int>::iterator itEnd = 
		set_intersection(v1.begin(), v1.end(), v2.begin(), v2.end(), v3.begin());
	for_each(v3.begin(), itEnd, myPrint);   //输出的是交集
	cout << endl;
	for_each(v3.begin(), v3.end(), myPrint);  //给v3开辟空间时可能会有多余
	cout << endl;
}

int main() 
{
	test01();

	system("pause");

	return 0;
}

3、set_union

（1）功能描述：求两个集合的并集（两个集合必须是有序序列），返回值是并集中最后一个元素的位置。

（2）函数原型：

set_union(iterator beg1, iterator end1, iterator beg2, iterator end2, iterator dest);

// begx——容器x的开始迭代器

// endx——容器x的结束迭代器

// dest——目标容器的开始迭代器

//目标容器需要开辟的空间大小为两个容器空间的相加结果

#include<iostream>
using namespace std;
#include<algorithm>
#include<vector>
#include<numeric>

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

void test01() 
{
	vector<int> v1;
	vector<int> v2;
	for (int i = 0; i < 10; i++)
	{
		v1.push_back(i);     //0-9
		v2.push_back(i + 5); //5-14
	}
	vector<int> v3;
	v3.resize(v1.size() + v2.size());
	vector<int>::iterator itEnd = 
		set_union(v1.begin(), v1.end(), v2.begin(), v2.end(), v3.begin());
	for_each(v3.begin(), itEnd, myPrint);   //输出的是并集
	cout << endl;
	for_each(v3.begin(), v3.end(), myPrint);  //给v3开辟空间时可能会有多余
	cout << endl;
}

int main() 
{
	test01();

	system("pause");

	return 0;
}

4、set_difference

（1）功能描述：求两个集合的差集（两个集合必须是有序序列），返回值是差集中最后一个元素的位置。

（2）函数原型：

set_difference(iterator beg1, iterator end1, iterator beg2, iterator end2, iterator dest);

// begx——容器x的开始迭代器

// endx——容器x的结束迭代器

// dest——目标容器的开始迭代器

//目标容器需要开辟的空间大小为两个容器空间的较大值

#include<iostream>
using namespace std;
#include <vector>
#include <algorithm>

class myPrint
{
public:
	void operator()(int val)
	{
		cout << val << " ";
	}
};

void test01()
{
	vector<int> v1;
	vector<int> v2;
	for (int i = 0; i < 10; i++) {
		v1.push_back(i);
		v2.push_back(i + 5);
	}

	vector<int> vTarget;
	//取两个里面较大的值给目标容器开辟空间
	vTarget.resize(max(v1.size(), v2.size()));

	//返回目标容器的最后一个元素的迭代器地址
	cout << "v1与v2的差集为： " << endl;
	vector<int>::iterator itEnd =
		set_difference(v1.begin(), v1.end(), v2.begin(), v2.end(), vTarget.begin());
	for_each(vTarget.begin(), itEnd, myPrint());
	cout << endl;

	cout << "v2与v1的差集为： " << endl;
	itEnd = set_difference(v2.begin(), v2.end(), v1.begin(), v1.end(), vTarget.begin());
	for_each(vTarget.begin(), itEnd, myPrint());
	cout << endl;
}

int main() {

	test01();

	system("pause");

	return 0;
}

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