C++学习笔记（10）---函数对象（仿函数）、STL遍历、查找、排序、拷贝与替换、算术生成、集合算法

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本文详细介绍了STL中的函数对象（仿函数）、常用遍历算法如for_each和transform，查找算法如find和find_if，排序算法sort及random_shuffle，以及集合算法如set_intersection。通过实例展示了如何使用自定义函数对象、内建函数对象以及各种算法，强调了在实际应用中的灵活性和重要性。

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1 函数对象

1.1 函数对象概念

（1）重载函数调用操作符的类，其对象常称为函数对象；

（2）函数对象使用重载的()时，行为类似函数调用，也叫仿函数；

本质：函数对象(仿函数)是一个类，不是一个函数；

1.2 函数对象使用

特点：（1）函数对象在使用时，可以像普通函数那样调用，可以有参数，可以有返回值；

（2）函数对象超出普通函数的概念，函数对象可以有自己的状态；

（3）函数对象可以作为参数传递；

//-------------练习1：函数对象（仿函数）----------------
class Add
{
public:
	int operator()(int a,int b)//类内重载（）
	{
		return a+b;
	}
};
class MyPrint
{
public:
	MyPrint()//默认构造函数初始化
	{
		this->count=0;
	}
	void operator()(string test)//重载（）
	{
		cout<<test<<endl;
		count++;
	}
	int count;
};
void Print(MyPrint& myprint,string test)
{
	myprint(test);
}
void test01()
{
//（1）函数对象在使用时，可以像普通函数那样调用，可以有参数，可以有返回值；
	Add add;//创建类对象
	cout<<add(2,3)<<endl;//通过对象（）来调用，类似函数调用，称为仿函数
//（2）函数对象超出普通函数的概念，函数对象可以有自己的状态；
	MyPrint myprint;
	myprint("hello world");
	myprint("hello world");
	myprint("hello world");
	cout<<"仿函数调用次数为："<<myprint.count<<endl;
//（3）函数对象可以作为参数传递；
	Print(myprint,"Good Morning");
}
int main()
{
	test01();
	return 0;
}

总结：仿函数使用灵活，没有固定写法；

1.3 谓词

概念：（1）返回bool类型的仿函数称为谓词；

（2）如果operator()接受一个参数，那么叫做一元谓词；

（3）如果operator()接受两个参数，那么叫做二元谓词；

//--------------练习2：谓词--------------------------------
//1、一元谓词
class GreateFive
{
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=find_if(v.begin(),v.end(),GreateFive());//返回迭代器
	if(it==v.end())
	{
		cout<<"没找到"<<endl;
	}
	else
	{
		cout<<"找到"<<(*it)<<endl;
	}
}
//2、二元谓词
class MyCompare
{
public:
	bool operator()(int val1,int val2)
	{
		return val1>val2;
	}
};
void ShowVector(const vector<int>&v)
{
	for(vector<int>::const_iterator it=v.begin();it!=v.end();it++)
	{
		cout<<(*it)<<" ";
	}
	cout<<endl;
}
void test02()
{
	vector<int>v;
	v.push_back(12);
	v.push_back(2);
	v.push_back(20);
	v.push_back(22);
	v.push_back(21);
	ShowVector(v);
	sort(v.begin(),v.end(),MyCompare());//自定义降序
	ShowVector(v);
}

int main()
{
	test02();
	return 0;
}

1.4 内建函数对象---STL内建了一些函数对象

分类：算术仿函数（加减乘除）；关系仿函数（大于小于等于）；逻辑仿函数（与或非）；

这些仿函数所产生的对象，用法和一般函数完全相同;

使用内建函数对象，需要引入头文件#include<functional>

1、算术仿函数---实现四则运算，其中negate是一元运算，其他都是二元运算

2、关系仿函数---实现关系对比---最常用greater<>大于

3、逻辑仿函数---实现逻辑运算

//---------------练习3：内建函数对象--------------
void test()
{
	//1、内建函数对象-算术仿函数
	negate<int> n;
	cout<<n(5)<<endl;//输出-5
	plus<int> p;
	cout<<p(10,20)<<endl;//输出30
	//2、内建函数对象-关系仿函数
	//sort(v.begin(),v.end(),greater<int>());//类模板创建匿名对象（）调用
	//3、内建函数对象-逻辑仿函数
	//transform(v.begin(),v,end(),v2.begin(),logical_not<bool>());
    //v2一定要resize提前开辟空间//v.resize()v.size();
}
int main()
{
	test();
	return 0;
}

2 STL---常用遍历算法

（1）算法主要是由头文件<algorithm><functional><numeric>组成；

（2）<algorithm>是所有STL头文件中最大，范围涉及比较、交换、查找、遍历、复制、修改等；

（3）<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；

（4）<functional>定义了一些模板类（仿函数），用以声明函数对象；

2.1 常用遍历算法

2.2 for_each---实现遍历容器

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

//beg开始迭代器；end结束迭代器；_func函数或者函数对象

2.3 transform---搬运容器到另一个容器中

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；//——func函数或者函数对象

//------------练习4：遍历算法for_each和transform\sort-----------------
//普通函数
bool MyCompare01(int val1,int val2)
{
	return val1>val2;
}
void MyPrint01(int val)
{
	cout<<val<<" ";
}
//仿函数
class MyCompare02
{
public:
	bool operator()(int val1,int val2)
	{
		return val1>val2;
	}
};
class MyPrint02
{
public:
	void operator()(int val)
	{
		cout<<val<<" ";
	}
};
class MyFunc
{
public:
	int operator()(int val)
	{
		return -val;
	}
};
void test()
{
	vector<int>v;
	v.push_back(5);
	v.push_back(10);
	v.push_back(2);
	v.push_back(15);
	sort(v.begin(),v.end());//默认排序，从小到大升序
	for_each(v.begin(),v.end(),MyPrint01);//普通函数传入
	cout<<endl<<"-----------------------"<<endl;
	//sort(v.begin(),v.end(),MyCompare01);//普通函数传入
	sort(v.begin(),v.end(),MyCompare02());//仿函数传入
	for_each(v.begin(),v.end(),MyPrint02());//仿函数传入
	vector<int>v2;
	v2.resize(4);//提前分配空间，才可以拷贝！！！！！
	transform(v.begin(),v.end(),v2.begin(),MyFunc());
	cout<<endl<<"-----------------------"<<endl;
	for_each(v2.begin(),v2.end(),MyPrint02());
}
int main()
{
	test();
	return 0;
}

总结：搬运容器必须先开辟空间，否则无法搬运

3 STL---常用查找算法

3.1 find---查找指定元素，找到返回指定元素的迭代器，找不到返回结束迭代器end()

find(iterator beg,iterator end,value);

//beg开始迭代器；//end结束迭代器；//value查找的元素

//-------------练习5：查找算法find-----------------------------
class Person
{
public:
	Person(char name,int age)
	{
		this->m_Name=name;
		this->m_Age=age;
	}
	bool operator==(const Person& P1)//在自定义数据类型中重载==
	{
		if(this->m_Name==P1.m_Name && this->m_Age==P1.m_Age)
		{
			return true;
		}
		else 
			return false;
	}
	char m_Name;
	int m_Age;
};
class MyPrint
{
public:
	void operator()(Person &p)
	{
		cout<<"姓名："<<p.m_Name<<" 年龄"<<p.m_Age<<endl;
	}
};
void test()
{
	vector<Person>v;
	string Seed="ABCDE";
	for(int i=0;i<5;i++)
	{
		Person P(Seed[i],i*10);
		v.push_back(P);
	}
	for_each(v.begin(),v.end(),MyPrint());
	Person PP('B',10);
	vector<Person>::iterator pos=find(v.begin(),v.end(),PP);//find自定义数据类型，要补充重载==，返回为迭代器
	if(pos!=v.end())
	{
		cout<<"找到！姓名："<<(*pos).m_Name<<" 年龄"<<(*pos).m_Age<<endl;
	}
	else
		cout<<"找不到"<<endl;
}
int main()
{
	test();
	return 0;
}

总结：自定义数据类型，需要在自定义数据类型中进行重载==，find返回值是迭代器

3.2 find_if---按条件查找元素

find_if(iterator beg,iterator end,_Pred)

//按值查找元素，找到返回指定位置迭代器，找不到返回结束迭代器位置

//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）

3.3 adjacent_find---相邻重复元素

adjacent_find(iterator beg,iterator end);

//查找相邻重复元素，返回相邻元素的第一个位置的迭代器；//beg开始迭代器；//end结束迭代器

3.4 binary-search---查找指定元素是否存在，二分法查找效率很高，但必须有序

bool binary_search(iterator beg,iterator end,value)

//查找指定元素，查到返回true,否则false;//注意：在无序序列中不可用！！

//beg开始迭代器；//end结束迭代器；//value查找的元素

3.5 count---统计元素个数

count(iterator beg,iterator end,value)//返回统计元素出现次数

//beg开始迭代器；//end结束迭代器；//value统计的元素

注意：自定义数据类型，需要重载operator==,重载的时候，必须+const防止修改底层代码

3.6 count_if---按条件统计元素个数

count_if(iterator beg,iterator end,_Pred);//beg开始迭代器；//end结束迭代器；//_Pred谓词

4 STL---常用排序算法

4.1 sort---对容器内的元素进行排序，默认从小到大（降序）

sort(iterator beg,iterator end,_Pred);

//按值查找元素，找到返回指定位置迭代器，找不到返回结束迭代器位置

//beg开始迭代器；//end结束迭代器；//_Pred谓词

sort(v.begin(),v.end(),greater<int>());//采用<functional>中的仿函数

4.2 random_shuffle---洗牌指定范围内的元素随机调整次序

random-shuffle(iterator beg,iterator end)//指定范围内的元素随机调整次序

//beg开始迭代器；//end结束迭代器

注意：要真正随机，加随机数种子，srand((unsigned int)time(NULL));//头文件<ctime>

4.3 merge---两个容器元素合并，并存储到另一容器中

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

//容器元素合并，并存储到另一容器中，注意：两个容器必须是有序的，目标容器提前分配空间

//beg1容器1开始迭代器；//end1容器1结束迭代器；

//beg2容器2开始迭代器；//end2容器2结束迭代器；//dest目标容器开始迭代器

总结：两个容器有序且均为升序或者降序，目标容器合并后也是有序的

4.4 reverse---将容器内元素进行反转

reverse(iterator beg,iterator end);//反转范围内的元素

//beg开始迭代器；//end结束迭代器

5 STL---常用拷贝和替换算法

5.1 copy---容器内指定范围内的元素拷贝到另一个容器中

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

//按值查找元素，找到返回指定位置迭代器，找不到返回结束迭代器位置

//beg开始迭代器；//end结束迭代器；//dest目标迭代器

注意：提前开辟空间，v2.resize(v1.size());可以等号赋值

5.2 replace---将容器内指定范围的旧元素修改替换为新元素

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

总结：replace会替换区间内满足条件的所有元素

5.3 replace_if---将区间内满足条件的元素，替换成指定元素

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

//按条件替换元素，满嘴条件的替换为指定元素；//beg开始迭代器；

//end结束迭代器；//_Pred谓词；//newvalue替换的新元素

5.4 swap---互换两个容器的元素

swap(container c1,container c2);

//互换两个同类型容器的元素；//c1容器1；//c2容器2

6 STL---常用算术生成算法

算术生成算法属于小型算法，使用时包含的头文件为#include <numeric>

6.1 accumulate---计算区间内容器元素累计总和

accumulate(iterator beg,iterator end,value)

//beg开始迭代器；//end结束迭代器；//value起始值，返回累加总和

6.2 fill---向容器中指定区间内填充指定的元素

fill(iterator beg,iterator end,value);//一般用于后期填充，前期可以用resize

//beg开始迭代器；//end结束迭代器；//value填充的值

7 STL---常用集合算法

7.1 set_intersection---求两个容器的交集,返回目标容器中交集结束迭代器

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

//注意：两个容器必须是有序序列；//beg1容器开始迭代器；//end1容器结束迭代器

//beg2容器开始迭代器；//end2容器2结束迭代器；//dest目标容器开始迭代器

注意：目标容器需要提前开辟空间，两个容器里面取小容器size

vTarget.resize(min(v1.size(),v2.size()));

//--------------练习6：集合算法，set_intersection----------------
class MyPrint
{
public:
	void operator()(int val)
	{
		cout<<val<<" ";
	}
};
void test()
{
	vector<int>v1,v2;
	for(int i=0;i<10;i++)
	{
		v1.push_back(i);
		v2.push_back(i+5);
	}
	vector<int>vTarget;
	vTarget.resize(min(v1.size(),v2.size()));//交集取两容器最小值
	vector<int>::iterator itEnd=set_intersection(v1.begin(),v1.end(),v2.begin(),v2.end(),vTarget.begin());
	//for_each(vTarget.begin(),vTarget.end(),MyPrint());//会输出00000
	for_each(vTarget.begin(),itEnd,MyPrint());//输出56789
}
int main()
{
	test();
	return 0;
}

7.2 set_union---求两个容器的并集，和

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

//注意：两个集合必须是有序序列；

//beg1容器1开始迭代器；//end1容器1结束迭代器；

//beg2容器2开始迭代器；//end2容器2结束迭代器；//dest目标容器开始迭代器

7.3 set_difference---两个集合的差集,max

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

//注意：两个集合必须是有序序列；

//beg1容器1开始迭代器；//end1容器1结束迭代器；

//beg2容器2开始迭代器；//end2容器2结束迭代器；//dest目标容器开始迭代器