STL算法的简介

最新推荐文章于 2025-04-22 18:14:58 发布

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本文介绍了C++ STL算法的基础知识，包括algorithm、numeric和functional头文件的作用，区分质变与非质变算法，展示了sort函数实例和迭代器的重要性。重点讲解了STL算法的泛型化过程，以find函数为例，演示了如何将算法应用于不同数据结构。最后，通过模板技术实现了一个通用的find函数，适用于各种容器。

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一、STL算法介绍

STL算法部分主要是由三个头文件承担： algorithm、numeric、functional

algorithm：意思是算法，只要想使用STL库中的算法函数就得包含该头文件。
numeric：包含了一系列用于计算数值序列的算法，其具有一定的灵活性，也能够适用于部分非数值序列的计算
functional：定义了一些模板，可以用来声明函数对象。

二、STL算法分类

质变与非质变算法：

质变算法：会改变操作对象的值。所有的STL算法都作用在[first,last)所标示的区间上，在运算过程中改变区间元素值。例如：copy,swap,replace,fill,remove,permulation,partition,sort等。
非质变算法：不改变操作对象之值。例如：find,search,count,equal,max,min等。

举个例子

	int test[] = {100,23,45,53,56,90,98,96,95};
	vector<int> temp(test,test+sizeof(test)/sizeof (int));
	vector<int>::const_iterator crita1 = temp.begin();
	vector<int>::const_iterator crita2 = temp.end();
	sort(crita1, crita2);

以上sort操作，编译器会报错

三、STL算法的一般形式

STL算法的一般形式——泛型算法。所有泛型算法的前两个参数都是一对迭代器，通常称为first,last，以标示算法的操作区间，前闭后开。这个[first,last)区间的必要条件是：必须能够经由increment（累加）操作的反复运用，从first到last。编译器本身无法强求这一点，如果这个条件不成立，会导致未可预期的后果。

根据行进特性，迭代器分五种：Input Iterator、Output Iterator、Forward Iterator、Bidirectional Iterator、Random Access Iterator。这五种迭代器的逻辑层次见下图。每一个STL算法的声明都表现出它所需要的最低程度的迭代器类型。比如 find() 函数，它需要一个Input Iterator，但你给它传Forward Iterator或Bidirectional Iterator等都可以，就是不能传Output Iterator，否则会导致错误。同样，将无效的迭代器传给某个算法并不能保证在编译的时候能被捕捉，因此一定要小心使用。

许多STL算法不止支持一个版本。这一类的算法的某个版本采用缺省运算行为，另一个版本提供额外参数，接受外界传入一个仿函数，以便采用其他策略，这种函数一般会用"_if"结尾表示。

质变算法通常提供两个版本，就地的和复制到他处的，一般复制到他处的会以"_copy"结尾表示。当然并非所有质变算法都有copy版本，如 sort() 就没有。

所有的数值算法都实现于 <stl_numeric.h> 中，但这是内部文件，规定用户必须包含其上层的 <numeric> 。其他的算法实现于 <stl_algo.h> 和 <stl_algobase.h> 中，也都是内部文件，欲使用这些算法须包含上层头文件 <algorithm> 。

四、算法的泛化过程

如设计一个算法，使它适用于任何（大多数）数据结构？

将算法独立于其所处理的数据结构之外，不受数据结构的羁绊。关键在于：将操作对象的型别抽象化，把操作对象的标识符和区间目标的移动行为抽象化。整个算法也就在一个抽象的层面上了。整个过程称为泛型化（generalized），简称泛化。

让我们看看算法泛化的一个实例，以简单的循序查找为例。假设我们要写一个find()函数,在array中寻找特定值。面对array，我们的直觉反应是：

int* find(int *arrayHead,int arraySize,int value)
{
    int i;
    for(i=0;i<arraySize;i++)
    {    if(arrayHead[i]==value)
        break;
    }
    return &(arrayHead[i]);
}

该函数在某一个区间内查找，返回的是一个指针，指向符合标准的第一个元素。

为例让find()函数适用于所有类型的容器，其操作应当抽象化些，让find()接受两个指针作为参数，标示出一个操作区间，这就是很好的做法：

int* find(int* begin,int* end,int value)
{
    while(begin!=end&&*begin!=value)
        ++begin;
    return begin;
}

由于find()函数之内并无任何操作是针对特定的整数array而发的，所以我们将它改成一个template:

template<class T>
T* find(T* begin,T*end,const T& value)
{
    while(begin!=end&&*begin!=value)
        ++begin;
    return begin;
}

C++有一个极大的优点，几乎所有的东西都可以改为程序员自定义的形式或行为，上述这些操作符和操作行为都可以被重载(overloaded)，既是如此，何必将find局限于使用指针呢？从原生指针中的思想框架逃离出来。

比如我们以一个原生指针指向某个List（链表），则对该指针进行“++”操作并不能使它指向下一个串行节点，但如果我们设计class，拥有原生指针的行为，并使其“++”操作指向list的下一个节点，那么find()就可以施行于List容器身上了。这便是迭代器的观念。迭代器是一种行为类似指针的对象，换句话说，是一种smart pointers。现以迭代器重新写过：

template<class Iterator,class T>
Iterator* find(Iterator* begin,Iterator* end,const T& value)
{
    while(begin!=end&&*begin!=value)
        ++begin;
    return begin;
}

这便是一个完全泛化的find()函数，你可以在C++标准库的某一个头文件中看到它，长相几乎一模一样。

参考：

https://blog.youkuaiyun.com/qq_43549984/article/details/99691556

https://blog.youkuaiyun.com/qq_34777600/article/details/80503190