C++语言学习

STL（Standard Template Library，标准模板库）是 C++ 标准库的一部分，提供了一组通用的、可重用的模板类和算法，用于处理常见的数据结构和操作。STL 通过提供高效、抽象和灵活的代码，使开发者能够更快速地实现常见的数据操作，而无需从头开始编写底层实现。 STL 的核心包括三部分： 容器（Containers）：用于存储和管理数据的对象。 算法（Algorithms）：用于操作容器数据的函数。 迭代器（Iterators）：用于遍历容器的对象，类似于指针。 函数对象（Function Objects）：即可调用的对象，通常与算法结合使用。 STL 的主要组成部分： 1. 容器（Containers） 容器是用于存储数据的对象，它们通过提供不同的结构（如数组、链表、哈希表等）来管理数据。STL 提供了多种容器，主要分为以下几类： 顺序容器（Sequence Containers）： 这些容器按顺序存储元素，元素的位置由其在容器中的位置决定。 常见的顺序容器包括： vector：动态数组，支持快速随机访问和尾部插入/删除。 deque：双端队列，支持在两端进行高效的插入和删除。 list：双向链表，支持高效的在两端进行插入和删除，但不支持快速随机访问。 array：固定大小的数组，大小在编译时确定，提供常数时间的元素访问。 关联容器（Associative Containers）： 这些容器根据元素的键值对存储元素，并支持高效的键查找。 常见的关联容器包括： set：集合，不允许重复元素，自动排序。 map：映射，存储键值对（key-value），键不重复，自动排序。 multiset：多重集合，允许重复元素，自动排序。 multimap：多重映射，允许键重复，自动排序。 无序容器（Unordered Containers）： 这些容器基于哈希表实现，提供常数时间的查找操作，但元素没有顺序。 常见的无序容器包括： unordered_set：无序集合，基于哈希表存储元素。 unordered_map：无序映射，基于哈希表存储键值对。 2. 算法（Algorithms） STL 提供了大量的算法，涵盖了排序、查找、修改等常见操作。STL 算法是泛型的，即它们可以与任何符合要求的容器配合使用。常见的算法包括： 排序算法：sort、stable_sort、partial_sort 等。 查找算法：find、binary_search、lower_bound、upper_bound 等。 修改算法：reverse、rotate、swap 等。 数值算法：accumulate、count、fill 等。 集合操作：set_union、set_intersection、set_difference 等。 这些算法通常都接受迭代器作为参数，使它们与各种容器兼容。 3. 迭代器（Iterators） 迭代器是 STL 中用于遍历容器的对象，它们可以看作是容器的指针。通过迭代器，算法可以访问容器中的元素，而不关心容器的具体实现。迭代器的类型有： 输入迭代器（Input Iterator）：只能进行单向读取。 输出迭代器（Output Iterator）：只能进行单向写入。 前向迭代器（Forward Iterator）：可以进行多次读取和写入，支持双向遍历。 双向迭代器（Bidirectional Iterator）：除了前向迭代，还可以进行反向迭代。 随机访问迭代器（Random Access Iterator）：支持随机访问，可以直接跳转到容器中的任何位置。 4. 函数对象（Function Objects） 函数对象是实现了 operator() 的对象，它们可以像普通函数一样被调用。STL 算法广泛使用函数对象来指定排序规则、判断条件等。例如： ...

Vector 是一种动态数组，属于 STL 中的容器类之一，它提供了可以自动扩展大小的数组功能。与传统的数组不同，Vector 在需要时会自动调整大小，且支持快速访问、插入、删除等操作。 Vector 的特点： 动态大小：Vector 的大小是动态变化的，可以根据需要自动增长或缩小，避免了固定大小数组的限制。 按索引访问：可以像数组一样使用索引来访问 Vector 中的元素。 存储效率：Vector 会根据需要自动调整内部存储的大小，通常会预留一些额外空间来减少频繁的内存重新分配。 随机访问：支持快速随机访问，时间复杂度为 O(1)，就像数组一样。 支持常见操作：Vector 提供了许多常见的操作，如插入、删除、查找、排序等。 Vector 的优点： 灵活性：不需要事先知道容器的大小，可以动态调整。 效率：与数组相比，Vector 在元素插入和删除时表现更好，尤其是插入到末尾时。 内存管理：Vector 会根据需要自动调整内部容量，减少了内存浪费。 Vector 的缺点： 在中间插入和删除效率低：虽然插入和删除操作通常很高效，但在 Vector 中间插入或删除元素时，可能需要移动大量的元素，时间复杂度为 O(n)。 内存重新分配：当 Vector 需要扩展容量时，它会分配一个新的更大的数组，并将元素复制到新的位置，这个过程可能会影响性能，尤其是元素较多时。 Vector 的常见操作： 访问元素：使用索引或迭代器访问元素。 插入元素：可以在末尾插入元素，或者在指定位置插入。 删除元素：可以删除指定位置的元素，或者删除末尾的元素。 查找元素：可以使用 find 等函数查找元素。 示例（C++）： #include <iostream> #include <vector> // 引入vector头文件 using namespace std; int main() { // 创建一个空的vector vector<int> vec; // 在末尾插入元素 vec.push_back(10); // 插入10 vec.push_back(20); // 插入20 vec.push_back(30); // 插入30 // 访问元素 cout << "第一个元素: " << vec[0] << endl; // 输出: 10 cout << "第二个元素: " << vec.at(1) << endl; // 输出: 20 // 删除末尾元素 vec.pop_back(); // 删除30 // 遍历vector cout << "Vector中的元素: "; for (int i = 0; i < vec.size(); i++) { cout << vec[i] << " "; // 输出: 10 20 } cout << endl; // 在指定位置插入元素 vec.insert(vec.begin() + 1, 15); // 在第二个位置插入15 cout << "插入15后的元素: "; for (int i = 0; i < vec.size(); i++) { cout << vec[i] << " "; // 输出: 10 15 20 } cout << endl; return 0; } 代码解析： push_back：将元素添加到 Vector 的末尾。 vec[0] 或 vec.at(1)：通过索引或 at 方法访问元素，at 方法会进行越界检查。 pop_back：删除 Vector 末尾的元素。 insert：在指定位置插入元素，vec.begin() + 1 表示第二个位置。 Vector 的应用： 动态数组：Vector 主要用于处理不知道大小的动态数据集合，且需要快速随机访问和插入删除操作。 实现其他数据结构：Vector 可以用来实现栈、队列等数据结构。例：栈可以用 push_back 添加元素，使用 pop_back 删除元素。 数据存储：适用于存储需要动态增加或删除元素的场景，如图像数据、传感器数据等。 算法优化：由于 Vector 支持高效的随机访问，它常用于一些需要按位置访问元素的算法，如快速排序、查找算法等。 总结： Vector 是一个灵活且高效的动态数组容器，广泛应用于需要动态管理数据的场景。相比传统数组，它提供了更好的内存管理和扩展能力，适用于频繁添加元素的场合。 ...