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C++，STL -- 函数对象、常用算法

C++算法对象函数 -- 常用 STL

2023-09-14 09:14:59 时间

STL -- 函数对象、常用算法

C++ 模板
 STL常用容器

STL — 函数对象

函数对象

1. 函数对象概念

概念:

重载函数调用操作符的类，其对象常称为函数对象
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

2. 函数对象使用

特点:

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

//仿函数
class MyAdd
{
public:
	int operator()(int vl, int v2)
	{
		return vl + v2;
	}
};
//调用
void test01()
{
	MyAdd myAdd;
	cout << myAdd(10, 10) << endl;
}

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

//仿函数
class MyPrint(
public:
	MyPrint()
	{
		this->count = 0;
	}
	void operator() (string test)
	{
		cout << test << endl;
		this->count++;
	}
	int count; //内部自己状态
};

//调用
void test02()
{
	MyPrint myPrint;
	myPrint("hello world");
	myPrint("hello world");
	myPrint("hello world");
	myPrint("hello world");

	cout << "myPrint调用次数为:"<< myPrint.count << endl;
}

函数对象可以作为参数传递

void doPrint(MyPrint & mp, string test)
{
	mp(test);
}
void test03()
{
	MyPrint myPrint;
	doPrint(myPrint, "Hello c++");
}

谓词

1. 谓词概念

概念:

返回bool类型的仿函数称为谓词
如果operator()接受一个参数，那么叫做一元谓词
如果operator()接受两个参数，那么叫做二元谓词

2. 一元谓词

//仿函数
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);
	}
	
	//查找容器中有没有大于5的数字
	//GreaterFive() 匿名函数对象
	vector<int>::iterator it = find_if(v.begin(), v.end(), GreaterFive());
	if(it == v.end()){
		cout <<"未找到"<< endl;
	}
	else
	{
		cout << "找到了大于5的数字为:" << *it << endl;
	}
}

3. 二元谓词

//仿函数
class MyCompare
{
public:
	bool operator() (int val1, int val2)
	{
		return val1 > val2;
	}
}

void test02()
{
	vector<int>v;
	v.push_back(10);
	v.push_back(40);
	v.push_back(20);
	v.push_back(30);
	v.push_back(50);
	
	//升序
	sort(v.begin(), v.end());
	for (vector<int>::iterator it = v.begin(); it != v.end(); it++)
	{
		cout<< *it <<" ";
	}
	cout << endl;
	
	//使用函数对象改变算法策略，变为排序规则为从大到小,MyCompare()为匿名函数对象
	sort(v.begin(), v.end(), MyCompare());
	cout<< "---------—---"<<endl;
	for (vector<int>::iterator it = v.begin(); it != v.end(); it++)
	{
		cout<< *it <<" ";
	}
	cout << endl;
}

内建函数对象

概念:

STL内建了一些函数对象

分类:

算术仿函数
关系仿函数
逻辑仿函数

用法:

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. 算数仿函数

功能描述:

实现四则运算
其中negate是一元运算，其他都是二元运算

仿函数原型:

template<class T> T plus<T>                //加法仿函数
template<class T> T minus<T>               //减法仿函数
template<class T> T multiplies<T>          //乘法仿函数
template<class T> T divides<T>             //除法仿函数
template<class T> T modulus<T>             //取模仿函数
template<class T> T negate<T>              //取反仿函数

使用：

#include <functional> //内建函数对象头文件

negate<int>n;
cout << n(50) << endl ;

plus<int>p;
cout << p(10, 20)<< endl;

2. 关系仿函数

功能描述:

实现关系对比

仿函数原型:

template<class T> bool equal_to<T>                        //等于
template<class T> bool not_equal_to<T>                    //不等于
template<class T> bool greater<T>                         //大于 （常用）
template<class T> bool greater_equal<T>                   //大于等于
template<class T> bool less<T>                            //小于
template<class T> bool less_equal<T>                      //小于等于

使用：

//包含头文件
#include <algorithm>
#include<functional>

//降序
//greater<int>() 内建函数对象
sort(v.begin, v.end(), greater<int>());

3. 逻辑仿函数

功能描述:

实现逻辑运算

函数原型:(在实际开发中，很少使用)

template<class T> bool logical_and<T>				//逻辑与
template<class T> bool logical_or<T>				//逻辑或
template<class T> bool logical_not<T>				//逻辑非

使用：

//包含头文件
#include <algorithm>
#include<functional>

…

//利用逻辑非将容器v搬运到容器v2中,并执行取反操作vector<boo1>v2;
v2.resize(v.size()); //搬运前先指定大小
transform(v.begin(), v.end(), v2.begin(), logical_not<bool>());

总结: 逻辑仿函数实际应用较少，了解即可~

STL — 常用算法

概述:

算法主要是由头文件<algorithm> <functional> <numeric>组成。
<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
<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
<functional>定义了一些模板类,用以声明函数对象。

1. 常用遍历算法

算法简介:

#include<algorithm>

for_each                                 //遍历容器
transform                                //搬运容器到另一个容器中

1.1、for_each

功能描述:

实现遍历容器

函数原型:

for_each(iterator beg, iterator end, _func);          //遍历算法遍历容器元素
// beg开始迭代器
// end结束迭代器
// _func函数或者函数对象

使用： for_each 在实际开发中是最常用遍历算法，需要熟练掌握

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


//普通函数
void print01(int val)
{
	cout << val << " ";
}

//仿函数
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();

	return 0;
}

1.2、 transform

功能描述:

搬运容器到另—个容器中

函数原型:

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

使用

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

//仿函数
class MyPrint
{
public:
	void operator()(int val) {
		cout << val << " ";
	}
};

class Transform
{
public:
	int operator()(int v) 
	{
		return v + 100;//搬运前可以进行一些逻辑运算
	}
};

void test02() 
{
	vector<int> v;
	for (int i = 0; i < 10; i++) {
		v.push_back(i);
	}

	vector<int> vTarget; //目标容器
	vTarget.resize(v.size()); //目标容器必须提前开辟空间

	transform(v.begin(), v.end(), vTarget.begin(), Transform());

	for_each(vTarget.begin(), vTarget.end(), MyPrint());
	cout << endl;

	
}
int main()
{
	test02();

	return 0;
}

2. 常用查找算法

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

2.1、 find

功能描述:

查找指定元素，找到返回指定元素的迭代器，找不到返回结束迭代器 end()

函数原型:

find(iterator beg, iterator end, value);
//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
//value查找的元素

查找自定义数据类型时，要重载==

class Person{
public:
	Person(string name, int age)
	{
		this->m_Name = name;
		this->m_Age = age;
	}
	//重载==
	bool operatcr==(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;
};

查找自定义数据类型：

vector<Person>::iterator it = find(v.begin(),  v.end(),  p2);

2.2、find_if

功能描述:

按条件查找元素

函数原型:

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)

总结:统计自定义数据类型时候，需要配合重载 operator==

2.3、 adjacent_find

功能描述:

按条件统计元素个数

函数原型:

count_if(iterator beg, iterator end, _Pred);
//按条件统计元素出现次数
// beg开始迭代器
// end结束迭代器
// _Pred谓词

功能描述:

查找相邻重复元素

例如：1252443, 返回 4

函数原型:

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

总结:面试题中如果出现查找相邻重复元素，记得用STL中的adjacent_find算法

2.4、 binary_search

功能描述:

查找指定元素是否存在

函数原型:

bool binary_search(iterator beg, iterator end, value);
//查找指定的元素，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

总结:二分查找法查找效率很高，值得注意的是查找的容器中元素必须的 有序序列

2.5、 count

功能描述:

统计 元素个数

函数原型:

int count(iterator beg, iterator end, value);
//统计元素出现次数I
// beg 开始迭代器
// end结束迭代器
// value统计的元素

2.6、 count_if

功能描述:

按条件 统计元素个数

函数原型:

count_if(iterator beg, iterator end, _Pred);
//按条件统计元素出现次数
// beg 开始迭代器
// end 结束迭代器
//_Pred 谓词（返回bool类型的仿函数)

定义年龄大于20的谓词

class AgeGreater20{
public:
	bool operator()(const Person & p)
	{
		return p.m_Age > 20;
	}
};

//使用
int num = count_if(v.begin(), v.end(), AgeGreater20()) ;

3. 常用排序算法

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

3.1、 sort

功能描述:

对容器内元素进行排序

函数原型:

sort(iterator beg, iterator end, _Pred);
//对容器内元素进行排序
// beg开始迭代器
// end结束迭代器
// _Pred谓词(不填，默认是从小到大排序)

使用：

#include<functional>

//利用sort进行升序
sort(v.begin(),  v.end()) ;

//改变为降序,使用内建函数对象
sort(v.begin(),  v.end, greater<int>());

总结: sort属于开发中最常用的算法之一，需熟练掌握

3.2、 random_shuffle

功能描述:

洗牌指定范围内的元素随机调整次序

函数原型:

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

加上 随机数种子:

#include <ctime>

srand ((unsigned int)time(NULL));//加上随机数种子，每次运行结果都不同

//利用洗牌算法打乱顺序
random_shuffle(v.begin(), v.end()) ;

总结: random_shuffle洗牌算法比较实用，使用时记得加随机数种子

3.3、 merge

功能描述:

两个容器元素(都有序)合并，并存储到另一容器中

函数原型:

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
// 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:merge合并的两个容器必须的有序序列

3.4、reverse

功能描述:

将容器内元素进行反转

函数原型:

reverse(iterator beg, iterator end);
//反转指定范围的元素
// beg 开始迭代器
// end 结束迭代器

总结: reverse反转区间内元素，面试题可能涉及到

4. 常用拷贝和替换算法

算法简介:

copy						//容器内指定范围的元素拷贝到另—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

4.1、copy

功能描述:

容器内指定范围的元素拷贝到另—容器中

函数原型:

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目标起始迭代器

总结:利用copy算法在拷贝时，目标容器记得提前开辟空间

4.2、replace

功能描述:

将容器内指定范围的旧元素修改为新元素

函数原型:

replace(iterator beg, iterator end, oldvalue, newvalue);
//将区间内旧元素替换成新元素
// beg 开始迭代器
// end 结束迭代器
// oldvalue 旧元素
// newvalue 新元素

4.3、replace_if

功能描述:

将区间内满足条件的元素，替换成指定元素

函数原型:

replace_if(iterator beg, iterator end, _pred, newvalue);
//按条件替换元素，满足条件的替换成指定元素
// beg 开始迭代器
// end 结束迭代器
// _pred 谓词
// newvalue 替换的新元素

谓词使用：

class Greater30
{
public:
	bool operator()(int val)
	{
		return val >= 30;
	}
};

//调用
//将大于等于30替换为3000
replace_if(v.begin(), v.end()， Greater30(), 3000);

总结: replace_if 按条件查找，可以利用仿函数灵活筛选满足的条件!

4.4、swap

功能描述:

互换两个容器(同种类型)的元素

函数原型:

swap(container c1, container c2);
// 互换两个容器的元素
// c1容器1
// c2容器2

总结: swap交换容器时，注意交换的容器要同种类型

5. 常用算数生成算法

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

算法简介:

accumulate						//计算容器元素累计总和
fill							//向容器中添加元素

5.1、accumulate

功能描述:

计算区间内容器元素累计总和

函数原型:

# include<numeric>
int accumulate(iterator beg, iterator end, value);
//计算容器元素累计总和
// beg 开始迭代器
// end 结束迭代器
// value 起始值 ( 起始累加值，不想累加就赋 0 )

总结:accumulate使用时头文件注意是numeric，这个算法很实用

5.2、fill

功能描述:

向容器中填充指定的元素

函数原型:

fi1l(iterator beg, iterator end, value);
//向容器中填充元素
// beg 开始迭代器
// end 结束迭代器
// value 填充的值

总结:利用 fill 可以将容器区间内元素 填充为指定的值

6. 常用集合算法

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

6.1、set_intersection

功能描述:

求两个容器的交集

函数原型:

//两个集合必须有序
//返回指向所求交集的 （end）最后位置的迭代器
set_intersection(iterator beg1, iterator end1, iterator beg2, iterator end2, iterator dest)
//求两个集合的交集

总结: 求交集的两个集合必须的 有序序列

6.2、set_union

功能描述:

求两个集合的并集

函数原型:

//返回指向所求交集的 （end）最后位置的迭代器
set_union(iterator beg1, iterator end1, iterator beg2, iterator end2, iterator dest);
// 求两个集合的并集
// 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

使用：

vector<int>::iterator itEnd = set_unign(v1.begin(), v1.end(), v2.begin(), v2.end(), vTarget.begin());

for_each(vTarget.begin(), itEnd, myPrint);

总结:
求并集的两个集合必须的有序序列
目标容器开辟空间需要两个容器相加
set_union返回值既是并集中最后一个元素的位置

6.3、set_difference

功能描述:

求两个集合的差集

函数原型:

//返回指向所求交集的 （end）最后位置的迭代器
set_difference(iterator beg1, iterator end1, iterator beg2, iterator end2, iterator dest);
//求两个集合的差集
//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

总结:
求差集的两个集簧必须的有序序列
目标容器开辟空间需要从两个容器取较大值
set_difference返回值既是差集中最后一个元素的位置

注：仅供学习参考，如有不足，欢迎指正！

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