第五章 C++与STL入门

第五章 C++与STL入门

学习目的：

C++博大精深，相应的也伴随着许多让人诟病的地方，对于参加算法竞赛来说，掌握一些C++的特性将事半功倍的效果。

1. 从C到CC++

1. C++头文件的变更，即 在C的头文件前面加上一个小写字母c，然后去掉后缀.h，例如C语言头文件stdio.h在C++里面就变成了cstdio.

2. C++特有的头部文件，标准输入输出流 iostream ，存在于名称空间std中。

   • 当然C++流不是完美的，最大的缺点就是运行太慢，当输入量大时，请不要使用C++流输入
   • 其次，解释下using namespace std的意思。C++有“名称空间（namespace）”的概念，用于缓解复杂程序的组织问题。将函数写到各自的名称空间里，然后调用。就相当于给其划定了“驻扎区”，要调兵时，直接对某驻扎下达命令就行了。如果代码和该名称空间的内容不重名，就可以用using namespace std的方法，将std里的名字导入到默认空间。

   //推荐使用写法，使用using namespace std语句的方式
   #include <iostream>
   using namespace std;
   
   int main(){
       int n;
       cin >> n;//从输入流中读取一个int类型的数存放于n
       cout << n << endl;//输出n的值，并换行
       return 0;
   }
   
   //不用using namespace std语句的方式书写
   #include <iostream>
   
   int main(){
       std : :cin >> n;
       std : :cout << n << endl;
       return 0;
   }
   

   • 强调一点头文件iostream和提供常用算的头文件algorithm 里面定义的内容都是放在std名称空间里的

   //min函数就是在头文件algorithm中的
    #include <iostream>
    #include <algorithm>
    
    int main(){
        int a,b;
        cin >> a << b;
        cout << min(a,b) << endl;
        return 0;
    }
   

3. 声明数组时，数组大小可以使用const声明的常数（C99中不允许），在C++中，更推荐这种写法

4. C++与C最显著的区别就是多了个bool来表示布尔值，然后用true和false来分别表示真假，相对于用int值来表示真假来说，这样写更使得程序清晰。这里在注意一点Java中int值不能用来判断真假

5. "引用"：C++里面如果，在参数名前面加一个"&"符，就表示这个参数按照“传地址”的方式传递，而不是C语言中的传值传入。所以，在函数内改变的值也会修改函数的实参。C++中的引用就是变量的“别名”，它可以在一定程度上代替C的指针

6. C++在sting 头文件里定义了string类型，直接支持流式读写，string有很多方便的函数和运算符，但速度较慢。另外string类型还可以像整数那样“相加”。

7. stringstream在头文件sstream中，虽然它们很方便，但是sstream比stream更慢，应该谨慎使用。

8. C++里面除了修改了C结构体的部分内容，同时还支持class类。一般用struct定义“纯数据类型，而class定义的是”拥有复杂行为“的类型。简单来说，复杂的内容用class就对了。

9. C++中的结构体除了可以拥有成员变量（用a.x的方式来访问）之外，还可以拥有成员函数（用a.add(12的方式访问）)。C++里sturct的很多概念和写法同样适用于class。

10. C++中结构体可以有一个或多个构造函数，在声明2变量是调用。

11. C++中的函数（不只是构造函数）参数拥有默认值。

12. 在C++结构体的成员函数中this是指向当前对象的指针，这一点结合java中this的用法及含义就明白了。

#include<iostream>
using namespace std;

struct Point{
    int x,y;
    
   //这样的函数称为构造函数，"=0"就是设置了0为默认值，如果这两个参数没有被指明，则就按照0来处理。
    Point(int x = 0 , int y  = 0) : x(x),y(y)){}//这里的x(x),相当于this.x = x
        
};

//"+"运算符的重载，重新定义了 "+"运算符。
Ponitn operator + (const Point& A,const Point& B){
    return Point (A.x+B.x,A.y+B.y);
}

13. 模板：函数、结构体和类是可以带模板的。修改原有的函数，增加其使用范围，用法如下

//套用上面的结构体，就能使得其适用的范围更广
template <typename T>
struct Point {
    T x,y;
    Point (T x = 0 , T y = 0):x(x),y(y){}
}
//更改以后，就可以同时使用int型和double型的Point了

STL初步

STL是指C++标准模板库（Standard Template Library）。

排序与检索

1. algorithm头文件中sort可以给任意对象排序，包括内置类型和自定义类型，前提是定义了"<"运算符。排序后可以用lower_bound查找大于或者等于x的第一个位置。待排序/查找的元素可以放在数组里，也可以放在vector里。

2. sort的使用：sort(a,a+n),表示对a数组的前n个元素进行排序。当然，在vector中调用方式就为sort(v.begin() , v.end())。

不定长数组 ： vector

  1. `vector`是个不定长数组，具有”封装“的特性，如果`a`是个`vector`，那么可以用`a.size()`来读取它的大小，`a.resize()`来改变大小，`a.push_back()`像尾部添加元素，`a.pop_back()`来删除最后一个元素。

  2. `vector`是一个模板类，所以需要用`vector<int>a`或者`vector<double>b`这样的方式来声明一个`vector`。`vector<int>`是一个类似于`int a[]`的整数数组，而`vector<string>`就是一个类似于`string[]`的字符串数组。

  3. 取出指令之间的共同点，编写函数减少代码，是一种值得推荐到方法。

  4. `vector`头文件中的`vector`是一个不定长数组，可以用`clear()`清空，`push_back()`和`pop_back()`在尾部添加和删除元素，用`empty()`测试是否为空，`vector`之间可以直接赋值或者作为函数的返回值。

集合:set

1. set就是数学上的集合，——每个元素最多出现一次。就和sout一样，自定义的类型就可以构造set,当必须定义”小于”运算符。

2. iterator的意思是迭代器，是STL中的重要概念，类似于指针。

3. set的全面用法参考C++参考手册

   //set的用法
   #include <iostream>
   #include <set>
   
   using namespace std;
   
   int mian(){
       set<int>s; //定义一个空集合s
       for(int i = 0; i < 8; i++){
           s.insert(i); //将i的值插入到集合s中
       }
       
       for(auto it = s.begin();it != s.end(); it++){
           cout << *it << endl; //输出s集合中所有的元素。注意，制力有一个 "*"。
       }
       if(s.find(5) != s.end() ) {  	//表示能找到5,因为s.end()表示的是最后一位元素的后一位。
           cout << "Found 5" << endl;
       }else {
           cout << "Not Found" << endl;
       }
   }
   
   

映射：map

1. map就是键到值的映射，就类似于身份标记。map会自动将所有的键值对按照键从小到大的排序。

2. map重载了[]运算符，map像是数组的“高级版”

3. set头文件中的set和map分别就是集合与映射。二者都支持insert、find、count和 remove操做。并且可以按照从大到小的顺序循环遍历其中的元素。map还提供了"[]"运算符，使得map可以像数组一样使用。事实上，map也成为“关联数组”

   //mapp的用法
   #include <iostream>
   #include <map>
   #include <string>
   using namespace std；
   int main(){
       map<string , int>m //定义一个新的键值对，键是string类型的，值是int类型。
       m["Miubai"] = 1234567；//将键为 "Miubai"，值为 "1234567"的值放入map中
       cout << m["Miubai"] << endl;//输出map中Miubai所对应的值
       //遍历，输出map所有元素，键使用it->first获取，值用it->second获取
       for (auto it = m.begin(); it != m.end();i++){
           cout << it->first << " " << it->second << endl;
       }
       //输出map的第一个元素，输出它的键和值
       cout << m.begin()->first << " 值是 " << m.begin()->second << endl;
       //输出map元素的最后一个元素，及其键和值
       cout << m.rbegin->first << "值是" << m.rebin->second << endl;
       //输出map元素的个数
       cout << m.size() << endl;
       return 0;     
   }
   
   

栈、队列与优先队列

1. 栈：就是符合“后进先出”的规则的数据结构。有压栈（PUSH）和弹栈（POP）两种操作。弹栈是将栈顶元素弹出。

2. STL的栈定义在头文件stack中，用stack<int>s的方式定义，用push()和pop()实现元素的入栈和出栈操做。top()取出栈顶元素（但不删除）。

   //栈的用法
   #include <iostream>
   #include <stack>
   using namespace std;
   int main() {
       stack<int>s;//定义一个空栈S
       for(int i = 0;i < 9;i++){
           s.push(i*20);//将i*20的值压栈进入栈s中
       }
       cout << s.top() << endl; //访问s的栈顶元素
       cout << s.size() << endl;//输出s的元素个数
       s.pop()//移除栈顶元素
        return 0;
   }
   
   

3. STL的queue头文件提供了队列，用queue<int>s方式定义，用push()和pop()进行元素的入队和出队操做，front()取出首元素（同样也不会删除）。

4. STL的优先队列也定义在文件<queue>里，用priority_queue<int>pq来声明。其中pq是一个“越小的整数优先级越低的优先队列”。由于出对元素并不是最先进队的元素，出队的方法由queue的front()变成了top()。

   //queue的使用
   #include <iostream>
   #include <queue>
   using namespace std;
   int main() {
       queue<int>Q //定义一个空队列Q
       int n;
       for(int i = 0; i < 10;i++){
           cin >> n;
           Q.push(n);//将n的值压入队列Q中
       }
       cout << Q.front() << "队尾元素：" << Q.back() << endl; //访问队首元素和队尾元素
       cout << Q.size() << endl; //输出队列元素的个数
       q.pop();//移除队列队首元素
       return 0;
   }
   

测试STL

库不一定没有bug，使用之前要养成测试库的好习惯

1. 随机数发生器，其核心函数是ctdlib中的rand()。它能生成一个闭区间[0,RAND_MAX] （RAMND_MAX至少为32767）内的均匀随机整数,即该区间每个值被随机获取的概率一样。测试STL，此函数能提供不少的帮助。
2. 不要在同一个程序每次生成随机数之前都重新调用一次srand，务必只在程序开头调用一次srand，而不要在同一个程序中多次调用。
3. 可以用cstdlib中的srand函数初始化随机种子。如果需要程序每次执行时使用一个不同的种子，可以使用ctime中的time(NULL)为参数调用的srand，这样，在不同时间生成的随机数都是不一样的。一般来说，只在程序开头调用一次srand。

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文中部分参考过柳婼 の 的博客