算法库 | C++魔术师STL算法

C++标准库中的STL算法是一个非常强大、灵活、高效并且广泛应用的算法库。它包含了大量常用的算法，从简单的基本算法，到复杂的高级算法，几乎可以应对各种数据结构和算法问题。在本文中，我们将会介绍STL算法的基本使用、常见函数及其应用，希望对程序员们的学习和理解有所帮助。

基本使用

STL算法库的头文件为<algorithm>，所有的算法函数都在这个头文件中。STL算法库的大部分函数都采用迭代器来操作元素，所以它可以应用于STL容器，如vector、list、dequeue、set、map等，以及普通数组等。

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

int main() {
    vector<int> v{5, 2, 9, 7, 1, 8, 4, 6, 3};

    // 使用STL算法库排序
    sort(v.begin(), v.end());

    // 输出排序后的结果
    for(auto& i : v) {
        cout << i << " ";
    }
    cout << endl;

    return 0;
}

输出结果：

1 2 3 4 5 6 7 8 9

常见函数及其应用

排序

STL算法库中有许多排序函数，如sort()、partial_sort()、nth_element()、stable_sort()等。这里我们主要介绍sort()函数。

template <class RandomAccessIterator>
void sort(RandomAccessIterator first, RandomAccessIterator last);

sort()函数会将[first, last)范围内的元素升序排序。它的时间复杂度为$O(nlogn)$。

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

int main() {
    vector<int> v{5, 2, 9, 7, 1, 8, 4, 6, 3};

    // 使用STL算法库排序
    sort(v.begin(), v.end());

    // 输出排序后的结果
    for(auto& i : v) {
        cout << i << " ";
    }
    cout << endl;

    return 0;
}

输出结果：

1 2 3 4 5 6 7 8 9

二分查找

STL算法库中有许多查找函数，如binary_search()、lower_bound()、upper_bound()等。这里我们主要介绍binary_search()函数。

template <class ForwardIterator, class T>
bool binary_search(ForwardIterator first, ForwardIterator last, const T& value);

binary_search()函数返回一个bool类型的值，表示是否找到了value。如果找到了value，返回true；否则返回false。

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

int main() {
    vector<int> v{1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9};

    if (binary_search(v.begin(), v.end(), 7)) {
        cout << "Found" << endl;
    } else {
        cout << "Not found" << endl;
    }

    return 0;
}

输出结果：

Found

复制

STL算法库中有许多复制函数，如copy()、copy_n()、copy_if()等。这里我们主要介绍copy()函数。

template <class InputIterator, class OutputIterator>
OutputIterator copy(InputIterator first, InputIterator last, OutputIterator result);

copy()函数将[first, last)范围内的元素复制到[result, result + (last - first))中。它返回一个指向复制结束的迭代器，通常用来检查复制是否成功。

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

int main() {
    vector<int> v{1, 2, 3, 4, 5};
    vector<int> res(5);

    // 复制v中的元素到res中
    copy(v.begin(), v.end(), res.begin());

    // 输出复制后的结果
    for(auto& i : res) {
        cout << i << " ";
    }
    cout << endl;

    return 0;
}

输出结果：

1 2 3 4 5

唯一化

STL算法库中有许多唯一化函数，如unique()、unique_copy()等。这里我们主要介绍unique()函数。

template <class ForwardIterator>
ForwardIterator unique(ForwardIterator first, ForwardIterator last);

unique()函数将[first, last)范围内的元素去重，返回去重后的最后一个元素的迭代器。注意，它不会改变[first, last)范围内的元素个数。

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

int main() {
    vector<int> v{1, 2, 2, 3, 3, 3, 4, 4, 4, 4};

    // 唯一化v中的元素
    auto last = unique(v.begin(), v.end());
    v.erase(last, v.end());

    // 输出唯一化后的结果
    for(auto& i : v) {
        cout << i << " ";
    }
    cout << endl;

    return 0;
}

输出结果：

1 2 3 4

总结

STL算法库的使用非常广泛，它可以使代码更加简洁、高效、易于维护。在实战中，我们可以将STL算法库与STL容器、函数对象、Lambda表达式等相结合，以提高代码的质量、效率和可读性。因此，我们应该认真学习STL算法库，并尽可能地将其运用到实际项目中。