圖解STL中演算法的分類、簡介及其Demo
阿新 • • 發佈：2018-11-12
STL中包含演算法標頭檔案<algorithm>就可以使用其中的演算法了，使用這些通用的演算法可以使得程式碼更加簡單、易讀、通用。但是這些演算法有哪些呢？以及這些演算法的職能又是什麼？其實這些東西，候捷大師在他的《STL原始碼剖析》中都有列舉，且FluentCPP有一篇文章105 STL Algorithms in Less Than an Hour，他也給STL的105個演算法分了七個大類。我這裡總結了下他們的分類，自己按STL演算法所設計的方面進行了一個大致分類，其中很多演算法都同時在幾個類中。
- 不改變序列的操作
- 改變序列的操作
- 劃分操作
- 排序操作
- 二分操作
- 合併操作
- 比較操作
- 集合操作
- 堆操作
- 最大最小值操作
- 數值操作
- 未初始化記憶體上的操作
這裡不說具體怎麼使用每個演算法，但是使用的Demo會給出來，使用方法都可以在https://en.cppreference.com查到；這裡也不說每個演算法的實現原理，實現原理後面還會寫部落格說的。
先說明下，演算法中帶_if字尾的表示可自定義條件，帶_copy字尾的表示把結果放入新的序列中，帶_n字尾的表示操作相同元素n次。
*_copy :
*_if：
*_n：
這些都是標準庫的帶字尾的例子，在下面的博文中，不會對這些內容再過多贅述。
不改變序列的操作
all_ofany_ofnone_ofcountcount_iffindfind_iffind_if_notadjacent_findsearchsearch_n
(all / any / none)_of
這是C++11新增的三個演算法，分別表示序列上所有的元素全部都是……，存在一個是……，沒有一個是……。
find / count / search
count對序列中指定元素進行計數，加了_if的版本可以自定義計數條件；
find在序列中順序查詢一個元素，同理，加了_if
_if_not(C++11)是_if的方面，把查詢條件取反；
search在序列中查詢一段連續子序列，加了_n表示在序列中查詢一段連續相同的子序列。
adjacent_find
在序列中找到第一個挨在一起的兩個一樣值的指定元素，看圖就明白了。
Demo
void NonModifySequenceDemo()
{
std::vector<int> result {2, 0, 4, 8, 6};
std::cout << "{2, 0, 4, 8, 6} all_of even " << std::boolalpha <<
std::all_of(std::begin(result), std::end(result), [] (const int & ele)
{
return ele % 2 == 0;
}) << std::endl;
for_each(std::begin(result), std::end(result), [] (int & ele)
{
--ele;
});
std::cout << "{1, -1, 3, 7, 5} any_of even " << std::boolalpha <<
std::any_of(std::begin(result), std::end(result), [] (const int & ele)
{
return ele % 2 == 0;
}) << std::endl;
std::cout << "{1, -1, 3, 7, 5} none_of even " << std::boolalpha <<
std::none_of(std::begin(result), std::end(result), [] (const int & ele)
{
return ele % 2 == 0;
}) << std::endl;
std::cout << "{1, -1, 3, 7, 5} has " <<
std::count(std::begin(result), std::end(result), 1) << " numbers of 1" << std::endl;
std::cout << "{1, -1, 3, 7, 5} has " <<
std::count_if(std::begin(result), std::end(result), [] (const int & ele)
{
return ele % 2;
}) << " numbers of odd" << std::endl;
std::cout << "{1, -1, 3, 7, 5} the first equal 3 at " <<
std::find(std::begin(result), std::end(result), 3) - std::begin(result) <<
" index" << std::endl;
std::cout << "{1, -1, 3, 7, 5} the first greater 6 at " <<
std::find_if(std::begin(result), std::end(result), [] (const int & ele)
{
return ele > 6;
}) - std::begin(result) << " index" << std::endl;
std::cout << "{1, -1, 3, 7, 5} the first not greater 0 at " <<
std::find_if_not(std::begin(result), std::end(result), [] (const int & ele)
{
return ele > 0;
}) - std::begin(result) << " index" << std::endl;
result[3] = 3;
std::cout << "{1, -1, 3, 3, 5} adjacent equal value is " <<
*std::adjacent_find(std::begin(result), std::end(result)) <<
std::endl;
result.clear();
result = {4, 3, 6, 6, 6, 6, 9, 1, 2, 4, 10};
std::vector<int> tag {1, 2, 4};
std::cout << "{4, 3, 6, 6, 6, 6, 9, 1, 2, 4, 10} include {1, 2, 4} at " <<
std::search(std::begin(result), std::end(result),
std::begin(tag), std::end(tag)) - std::begin(result) <<
" index" << std::endl;
std::cout << "{4, 3, 6, 6, 6, 6, 9, 1, 2, 4, 10} include 4 numbers of six at " <<
std::search_n(std::begin(result), std::end(result),
4, 6) - std::begin(result) <<
" index" << std::endl;
}
改變序列的操作
copy / copy_backwardcopy_if / copy_n(C++11)move / move_backward(C++11)fill / fill_ntransformgenerate / generate_nremove / remove_if / remove_copy / remove_copy_ifreplace / replace_if / replace_copy / replace_copy_ifreverse / reverse_copyrotate / rotate_copyunique / unique_copyswap / iter_swap / swap_rangesshuffle(C++11)sample(C++17)
改變序列的演算法最多了，相應地，這些操作都提供了幾個待字尾的函式。
先來講幾個常見的同時也是用得比較多的。
copy
複製。
move
這個move並不是取得一個值的右值引用，而是取得整個序列的右值引用。
下面是我自己做的圖：
swap_ranges
交換兩個序列的內容。
類似的還有swap，這個用得最多；iter_swap可以交換指標或者迭代器指向記憶體的內容。
fill
類似memset。
generate
這個和fill挺像，只不過generate使用一個函式往序列中填充元素，也就是說你可以定製這個序列。
iota
iota的功能是在一段區間上填上遞增的數字。
下面是我繪製的圖：
remove
你以為remove的作用類似下圖嗎？刪掉指定的元素。
不，它只是把要刪除的元素移動到了序列尾。
unique
刪除序列中連續重複的內容，和remove類似，只是把冗餘的元素移動過了序列尾。
注意，上圖中並沒有刪除最後一個99，如果想要刪除序列中重複的內容，需要先對序列呼叫std::sort使冗餘的元素聚集在一起。
transform
對序列中的每個元素都執行函式f，可以對序列本身沒有影響，也可以改變序列本身。看看transform的宣告就知道了。
template< class InputIt, class OutputIt, class UnaryOperation >
OutputIt transform( InputIt first1, InputIt last1, OutputIt d_first,
UnaryOperation unary_op );
for_each
和transform有點像，它也是對序列執行函式f。只不過for_each在本序列上進行操作，它沒有transform的靈活性，因此對序列產生副作用的機率很大。也看看這個演算法的宣告：
template< class InputIt, class UnaryFunction >
UnaryFunction for_each( InputIt first, InputIt last, UnaryFunction f );
rotate
在序列中交換其中的兩部分的順序。
reverse
反轉序列。
shuffle
正如下圖所示，有一個骰子，對一個序列呼叫shuffle會隨機打亂這個序列元素之間的順序。
sample
這是C++17的內容，作用是從序列中隨機挑選n個元素出來組成新的序列，每個元素只會被選擇一次，如果n大於序列的長度，那麼整個序列都會被選出來。
Demo
void ModifySequenceDemo()
{
static const int LEN = 10;
std::vector<int> res(5), aux(LEN);
std::iota(res.begin(), res.end(), 1);
std::copy(res.begin(), res.end(), aux.begin());
std::cout << "copy {1, 2, 3, 4, 5} to aux(10) : {";
for (auto it = aux.begin(); it != aux.end(); std::cout << *it <<
std::array<std::string, 2>{", ", "}\n"}[it + 1 == aux.end()], ++it) {}
aux.clear(), aux.resize(LEN, 0);
std::copy_backward(res.begin(), res.end(), aux.end());
std::cout << "copy_backward {1, 2, 3, 4, 5} to aux(10) : {";
for (auto it = aux.begin(); it != aux.end(); std::cout << *it <<
std::array<std::string, 2>{", ", "}\n"}[it + 1 == aux.end()], ++it) {}
aux.clear(), aux.resize(LEN, 0);
std::copy_if(res.begin(), res.end(), aux.begin(), [] (const int & ele)
{
return ele % 2;
});
std::cout << "copy_if {1, 2, 3, 4, 5} to aux(10) : {";
for (auto it = aux.begin(); it != aux.end(); std::cout << *it <<
std::array<std::string, 2>{", ", "}\n"}[it + 1 == aux.end()], ++it) {}
aux.clear(), aux.resize(LEN, 0);
std::copy_n(res.begin(), 3, aux.end());
std::cout << "copy_n(3) {1, 2, 3, 4, 5} to aux(10) : {";
for (auto it = aux.begin(); it != aux.end(); std::cout << *it <<
std::array<std::string, 2>{", ", "}\n"}[it + 1 == aux.end()], ++it) {}
std::fill_n(res.begin(), 3, 3);
std::cout << "fill_n(3) {1, 2, 3, 4, 5} : {";
for (auto it = res.begin(); it != res.end(); std::cout << *it <<
std::array<std::string, 2>{", ", "}\n"}[it + 1 == res.end()], ++it) {}
res.clear(), res.resize(LEN >> 1, 0);
std::fill(res.begin(), res.end(), 0);
std::cout << "fill {} by 0 : {";
for (auto it = res.begin(); it != res.end(); std::cout << *it <<
std::array<std::string, 2>{", ", "}\n"}[it + 1 == res.end()], ++it) {}
// res.clear(), res.resize(LEN >> 1, 0);
std::transform(res.begin(), res.end(), res.begin(), [] (const int & ele)
{
return ele + 1;
});
std::cout << "transform {0, 0, 0, 0, 0} to {1, 1, 1, 1, 1} : {";
for (auto it = res.begin(); it != res.end(); std::cout << *it <<
std::array<std::string, 2>{", ", "}\n"}[it + 1 == res.end()], ++it) {}
res.clear(), res.resize(LEN >> 1, 0);
std::generate(res.begin(), res.end(), [] ()
{
static int cnt = 1;
return cnt++;
});
std::cout << "generate {} : {";
for (auto it = res.begin(); it != res.end(); std::cout << *it <<
std::array<std::string, 2>{", ", "}\n"}[it + 1 == res.end()], ++it) {}
res.clear(), res.resize(LEN >> 1, 0);