学懂C++（四十六）：深入探索C++ STL算法（Algorithms）：从基础到高级应用

2024-08-27 13:36
文章标签 算法 基础 c++ 应用 深入 探索 高级 stl 学懂 algorithms 四十六

本文主要是介绍学懂C++（四十六）：深入探索C++ STL算法（Algorithms）：从基础到高级应用，希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！

目录

引言

1. STL算法概述

2. 非修改性算法

2.1 std::find

2.2 std::count

3. 修改性算法

3.1 std::copy

3.2 std::replace

4. 排序算法

4.1 std::sort

4.2 std::stable_sort

5. 数值算法

5.1 std::accumulate

5.2 std::inner_product

6. 高级算法应用

6.1 std::transform

6.2 std::partial_sum

7. 适用场景

结论

引言

        C++标准模板库（STL）中的算法是其强大的基石之一。它提供了一系列广泛用于各种数据处理的算法，这些算法与STL容器、迭代器一起使用，为开发者提供了高度灵活和高效的编程工具。本文将详细介绍STL中的常用算法，涵盖其概念、特点、核心点、实现方法和适用场景，并通过经典示例进行详细解析。

1. STL算法概述

STL算法是一组通用算法的集合，用于操作序列。它们独立于容器，通过迭代器与任何容器一起使用。STL算法可分为以下几类：

  1. 非修改性算法：如查找和计数。
  2. 修改性算法：如复制、替换和删除。
  3. 排序算法：如排序、合并和分区。
  4. 数值算法：如求和和积。
2. 非修改性算法
2.1 std::find
  • 概念：查找指定范围内的第一个等于给定值的元素。
  • 特点：线性时间复杂度O(n)。
  • 核心点：从范围的起始位置到终止位置逐个比较元素。
  • 实现：
#include <algorithm>
#include <vector>
#include <iostream>int main() {std::vector<int> vec = {1, 2, 3, 4, 5};auto it = std::find(vec.begin(), vec.end(), 3);if (it != vec.end()) {std::cout << "Element found: " << *it << std::endl;} else {std::cout << "Element not found" << std::endl;}return 0;
}
  • 解析：std::find在vec的范围内查找值为3的元素，并返回一个指向该元素的迭代器。如果未找到，则返回vec.end()。
2.2 std::count
  • 概念：统计指定范围内等于给定值的元素个数。
  • 特点：线性时间复杂度O(n)。
  • 核心点：遍历范围内的所有元素并计数。
  • 实现：
#include <algorithm>
#include <vector>
#include <iostream>int main() {std::vector<int> vec = {1, 2, 3, 3, 4, 5};int count = std::count(vec.begin(), vec.end(), 3);std::cout << "Count of 3: " << count << std::endl;return 0;
}

 

  • 解析：std::count在vec的范围内统计值为3的元素个数，并返回计数结果。
3. 修改性算法
3.1 std::copy
  • 概念：将指定范围内的元素复制到另一个范围。
  • 特点：线性时间复杂度O(n)。
  • 核心点：确保目标范围有足够的空间容纳复制的元素。
  • 实现：
#include <algorithm>
#include <vector>
#include <iostream>int main() {std::vector<int> vec1 = {1, 2, 3, 4, 5};std::vector<int> vec2(5);std::copy(vec1.begin(), vec1.end(), vec2.begin());for (int n : vec2) {std::cout << n << " ";}std::cout << std::endl;return 0;
}

 

  • 解析：std::copy将vec1的元素复制到vec2中，确保vec2有足够的空间存放这些元素。
3.2 std::replace
  • 概念：将指定范围内等于给定值的元素替换为新值。
  • 特点：线性时间复杂度O(n)。
  • 核心点：遍历范围内的所有元素并进行替换。
  • 实现：
#include <algorithm>
#include <vector>
#include <iostream>int main() {std::vector<int> vec = {1, 2, 3, 3, 4, 5};std::replace(vec.begin(), vec.end(), 3, 9);for (int n : vec) {std::cout << n << " ";}std::cout << std::endl;return 0;
}

 

  • 解析：std::replace将vec范围内值为3的元素替换为9。
4. 排序算法
4.1 std::sort
  • 概念：对指定范围内的元素进行升序排序。
  • 特点：平均时间复杂度O(n log n)。
  • 核心点：使用快速排序、堆排序或插入排序的组合。
  • 实现：
#include <algorithm>
#include <vector>
#include <iostream>int main() {std::vector<int> vec = {5, 2, 4, 3, 1};std::sort(vec.begin(), vec.end());for (int n : vec) {std::cout << n << " ";}std::cout << std::endl;return 0;
}

 

  • 解析：std::sort对vec的元素进行升序排序。
4.2 std::stable_sort
  • 概念：对指定范围内的元素进行稳定排序，保证相等元素的相对顺序不变。
  • 特点：时间复杂度O(n log n)。
  • 核心点：通常实现为归并排序。
  • 实现：
#include <algorithm>
#include <vector>
#include <iostream>int main() {std::vector<int> vec = {5, 2, 2, 3, 1};std::stable_sort(vec.begin(), vec.end());for (int n : vec) {std::cout << n << " ";}std::cout << std::endl;return 0;
}

 

  • 解析：std::stable_sort对vec的元素进行稳定排序。
5. 数值算法
5.1 std::accumulate
  • 概念：计算指定范围内元素的累积和。
  • 特点：线性时间复杂度O(n)。
  • 核心点：指定初始值和累加函数。
  • 实现：
#include <numeric>
#include <vector>
#include <iostream>int main() {std::vector<int> vec = {1, 2, 3, 4, 5};int sum = std::accumulate(vec.begin(), vec.end(), 0);std::cout << "Sum: " << sum << std::endl;return 0;
}

 

  • 解析：std::accumulate计算vec中所有元素的累积和，初始值为0。
5.2 std::inner_product
  • 概念：计算两个范围内元素的内积。
  • 特点：线性时间复杂度O(n)。
  • 核心点：指定初始值和两个二元操作。
  • 实现：
#include <numeric>
#include <vector>
#include <iostream>int main() {std::vector<int> vec1 = {1, 2, 3};std::vector<int> vec2 = {4, 5, 6};int product = std::inner_product(vec1.begin(), vec1.end(), vec2.begin(), 0);std::cout << "Inner product: " << product << std::endl;return 0;
}

 

  • 解析：std::inner_product计算vec1和vec2的内积，初始值为0。
6. 高级算法应用
6.1 std::transform
  • 概念：对指定范围内的元素应用一个函数，并将结果存储到另一个范围。
  • 特点：线性时间复杂度O(n)。
  • 核心点：支持一元和二元操作。
  • 实现：
#include <algorithm>
#include <vector>
#include <iostream>int main() {std::vector<int> vec = {1, 2, 3, 4, 5};std::vector<int> result(vec.size());std::transform(vec.begin(), vec.end(), result.begin(), [](int x) { return x * 2; });for (int n : result) {std::cout << n << " ";}std::cout << std::endl;return 0;
}

 

  • 解析：std::transform对vec的每个元素应用乘以2的操作，并将结果存储在result中。
6.2 std::partial_sum
  • 概念：计算部分和，即每个元素是前面所有元素的累积和。
  • 特点：线性时间复杂度O(n)。
  • 核心点：指定初始值和累加函数。
  • 实现：
#include <numeric>
#include <vector>
#include <iostream>int main() {std::vector<int> vec = {1, 2, 3, 4, 5};std::vector<int> result(vec.size());std::partial_sum(vec.begin(), vec.end(), result.begin());for (int n : result) {std::cout << n << " ";}std::cout << std::endl;return 0;
}

 

  • 解析：std::partial_sum计算vec的部分和，结果存储在result中。
7. 适用场景

STL算法适用于各种数据处理任务，特别是需要高效和高可读性的场景。例如：

  1. 简化代码：算法提供了高度抽象的接口，减少手动实现的复杂度。
  2. 性能优化：很多算法都经过优化，可以在不同容器上以高效的方式运行。
  3. 泛型编程：算法与迭代器结合，使代码具有高度的可重用性和灵活性。
结论

        本文详细介绍了C++ STL中的常用算法，涵盖其概念、特点、核心点、实现方法和适用场景，并通过经典示例进行详细解析。通过掌握这些算法，开发者可以编写出更简洁、高效和可维护的代码，从而提高软件质量和开发效率。希望本文能对正在学习和使用C++ STL算法的开发者有所帮助。

这篇关于学懂C++（四十六）：深入探索C++ STL算法（Algorithms）：从基础到高级应用的文章就介绍到这儿，希望我们推荐的文章对编程师们有所帮助！


http://www.chinasem.cn/article/1111814。

相关文章

CSS中的Static、Relative、Absolute、Fixed、Sticky的应用与详细对比

CSS中的Static、Relative、Absolute、Fixed、Sticky的应用与详细对比

《CSS中的Static、Relative、Absolute、Fixed、Sticky的应用与详细对比》CSS中的position属性用于控制元素的定位方式，不同的定位方式会影响元素在页面中的布... css 中的 position 属性用于控制元素的定位方式，不同的定位方式会影响元素在页面中的布局和层叠关
阅读更多...
SpringBoot3应用中集成和使用Spring Retry的实践记录

SpringBoot3应用中集成和使用Spring Retry的实践记录

《SpringBoot3应用中集成和使用SpringRetry的实践记录》SpringRetry为SpringBoot3提供重试机制,支持注解和编程式两种方式,可配置重试策略与监听器,适用于临时性故... 目录1. 简介2. 环境准备3. 使用方式3.1 注解方式 基础使用自定义重试策略失败恢复机制注意事项
阅读更多...
Windows下C++使用SQLitede的操作过程

Windows下C++使用SQLitede的操作过程

《Windows下C++使用SQLitede的操作过程》本文介绍了Windows下C++使用SQLite的安装配置、CppSQLite库封装优势、核心功能（如数据库连接、事务管理）、跨平台支持及性能优... 目录Windows下C++使用SQLite1、安装2、代码示例CppSQLite：C++轻松操作SQ
阅读更多...
一文深入详解Python的secrets模块

一文深入详解Python的secrets模块

《一文深入详解Python的secrets模块》在构建涉及用户身份认证、权限管理、加密通信等系统时,开发者最不能忽视的一个问题就是“安全性”,Python在3.6版本中引入了专门面向安全用途的secr... 目录引言一、背景与动机：为什么需要 secrets 模块？二、secrets 模块的核心功能1. 基
阅读更多...
C++中RAII资源获取即初始化

C++中RAII资源获取即初始化

《C++中RAII资源获取即初始化》RAII通过构造/析构自动管理资源生命周期,确保安全释放,本文就来介绍一下C++中的RAII技术及其应用,具有一定的参考价值,感兴趣的可以了解一下... 目录一、核心原理与机制二、标准库中的RAII实现三、自定义RAII类设计原则四、常见应用场景1. 内存管理2. 文件操
阅读更多...
C++中零拷贝的多种实现方式

C++中零拷贝的多种实现方式

《C++中零拷贝的多种实现方式》本文主要介绍了C++中零拷贝的实现示例,旨在在减少数据在内存中的不必要复制,从而提高程序性能、降低内存使用并减少CPU消耗,零拷贝技术通过多种方式实现,下面就来了解一下... 目录一、C++中零拷贝技术的核心概念二、std::string_view 简介三、std::stri
阅读更多...
C++高效内存池实现减少动态分配开销的解决方案

C++高效内存池实现减少动态分配开销的解决方案

《C++高效内存池实现减少动态分配开销的解决方案》C++动态内存分配存在系统调用开销、碎片化和锁竞争等性能问题,内存池通过预分配、分块管理和缓存复用解决这些问题,下面就来了解一下... 目录一、C++内存分配的性能挑战二、内存池技术的核心原理三、主流内存池实现：TCMalloc与Jemalloc1. TCM
阅读更多...
C++ 函数 strftime 和时间格式示例详解

C++ 函数 strftime 和时间格式示例详解

《C++函数strftime和时间格式示例详解》strftime是C/C++标准库中用于格式化日期和时间的函数,定义在ctime头文件中,它将tm结构体中的时间信息转换为指定格式的字符串,是处理... 目录C++ 函数 strftipythonme 详解一、函数原型二、功能描述三、格式字符串说明四、返回值五
阅读更多...
从基础到进阶详解Pandas时间数据处理指南

从基础到进阶详解Pandas时间数据处理指南

《从基础到进阶详解Pandas时间数据处理指南》Pandas构建了完整的时间数据处理生态,核心由四个基础类构成,Timestamp,DatetimeIndex,Period和Timedelta,下面我... 目录1. 时间数据类型与基础操作1.1 核心时间对象体系1.2 时间数据生成技巧2. 时间索引与数据
阅读更多...
C++作用域和标识符查找规则详解

C++作用域和标识符查找规则详解

《C++作用域和标识符查找规则详解》在C++中,作用域（Scope）和标识符查找（IdentifierLookup）是理解代码行为的重要概念,本文将详细介绍这些规则,并通过实例来说明它们的工作原理,需... 目录作用域标识符查找规则1. 普通查找（Ordinary Lookup）2. 限定查找（Qualif
阅读更多...

Copyright China编程 23002807@qq.com

沪ICP备2023033072号-2