《程序设计实习》PPT课件.ppt

程序设计实习,标准模板库(一),标准模板库 STLC+语言的核心优势之一就是便于软件的重用C+中有两个方面体现重用：1.面向对象的思想：继承和多态，标准类库2.泛型程序设计(generic programming)的思想：模板机制，以及标准模板库 STL,泛型程序设计，简单地说就是使用模板的程序设计法。将一些常用的数据结构（比如链表，数组，二叉树）和算法（比如排序，查找）写成模板，以后则不论数据结构里放的是什么对象，算法针对什么样的对象，则都不必重新实现数据结构，重新编写算法。标准模板库(Standard Template Library)就是一些常用数据结构和算法的模板的集合。主要由 Alex Stepanov 开发，于1998年被添加进C+标准 有了STL，不必再写大多的标准数据结构和算法，并且可获得非常高的性能。,STL中有几个基本的概念：容器：可容纳各种数据类型的数据结构。迭代器：可依次存取容器中元素的东西算法：用来操作容器中的元素的函数模板。例如，STL用sort()来对一个vector中的数据进行排序，用find()来搜索一个list中的对象。函数本身与他们操作的数据的结构和类型无关，因此他们可以在从简单数组到高度复杂容器的任何数据结构上使用。比如，对于 int array100;这个数组就是个容器，而 int*类型的指针变量就可以作为迭代器，可以为这个容器编写一个排序的算法,1 容器概述 可以用于存放各种类型的数据（基本类型的变量，对象等）的数据结构。容器分为三大类：1)顺序容器 vector,deque,list2)关联容器set,multiset,map,multimap前2者合称为第一类容器 3)容器适配器stack,queue,priority_queue,对象被插入容器中时，被插入的是对象的一个复制品。许多算法，比如排序，查找，要求对容器中的元素进行比较，所以，放入容器的对象所属的类，还应该实现=和 运算符。,1.1 顺序容器简介 1)vector 头文件 实际上就是个动态数组。随机存取任何元素都能在常数时间完成。在尾端增删元素具有较佳的性能。2)deque 头文件 也是个动态数组，随机存取任何元素都能在常数时间完成(但次于vector)。在两端增删元素具有较佳的性能。3)list 头文件 双向链表，在任何位置增删元素都能在常数时间完成。不支持随机存取。上述三种容器称为顺序容器，是因为元素的插入位置同元素的值无关。,1.2 关联容器简介 关联式容器内的元素是排序的，插入任何元素，都按相应的排序准则来确定其位置。关联式容器的特点是在查找时具有非常好的性能。1)set/multiset:头文件 set 即集合。set中不允许相同元素，multiset中允许存在相同的元素。2)map/multimap:头文件 map与set的不同在于map中存放的是成对的key/value。并根据key对元素进行排序，可快速地根据key来检索元素。map同multimap的不同在于是否允许相同key的元素。上述4中容器通常以平衡二叉树方式实现，插入和检索的时间都是 O(logN),1.3 容器适配器简介stack:头文件 栈。是项的有限序列，并满足序列中被删除、检索和修改的项只能是最近插入序列的项。即按照后进先出的原则2)queue:头文件 队列。插入只可以在尾部进行，删除、检索和修改只允许从头部进行。按照先进先出的原则。3）priority_queue:头文件 优先级队列。最高优先级元素总是第一个出列,1.4 容器的共有成员函数：1)所有标准库容器共有的成员函数：相当于按词典顺序比较两个容器的运算符：=,=,=,!=empty:判断容器中是否有元素max_size:容器中最多能装多少元素size:容器中元素个数swap:交换两个容器的内容,比较两个容器的例子：#include#include class A private:int n;public:friend bool operator(const A,main()std:vector v1;std:vector v2;v1.push_back(A(5);v1.push_back(A(1);v2.push_back(A(1);v2.push_back(A(2);v2.push_back(A(3);std:cout(v1 v2);输出：0,2)只在第一类容器中的函数：begin 返回指向容器中第一个元素的迭代器end 返回指向容器中最后一个元素后面的位置的迭代 器rbegin 返回指向容器中最后一个元素的迭代器rend 返回指向容器中第一个元素前面的位置的迭代器erase 从容器中删除一个或几个元素clear 从容器中删除所有元素,2 迭代器用于指向第一类容器中的元素。有const 和非 const两种。通过迭代器可以读取它指向的元素，通过非const迭代器还能修改其指向的元素。迭代器用法和指针类似。定义一个容器类的迭代器的方法可以是：容器类名:iterator 变量名;或：容器类名:const_iterator 变量名;访问一个迭代器指向的元素：*迭代器变量名,迭代器上可以执行+操作,以指向容器中的下一个元素。如果迭代器到达了容器中的最后一个元素的后面，则迭代器变成past-the-end值。使用一个past-the-end值的迭代器来访问对象是非法的，就好像使用NULL或未初始化的指针一样。,例如：#include#include using namespace std;main()vector v;/一个存放int元素的向量，一开始里面没有元素v.push_back(1);v.push_back(2);v.push_back(3);v.push_back(4);vector:const_iterator i;/常量迭代器for(i=v.begin();i!=v.end();i+)cout*i,;cout endl;,vector:reverse_iterator r;/反向迭代器for(r=v.rbegin();r!=v.rend();r+)cout:iterator j;/非常量迭代器for(j=v.begin();j!=v.end();j+)*j=100;for(i=v.begin();i!=v.end();i+)cout*i,;输出结果：1,2,3,4,4,3,2,1,100,100,100,100,不同容器上支持的迭代器功能强弱有所不同。容器的迭代器的功能强弱，决定了该容器是否支持STL中的某种算法。比如，只有第一类容器能用迭代器遍历。排序算法需要通过随机迭代器来访问容器中的原素，那么有的容器就不支持排序算法。,STL 中的迭代器按功能由弱到强分为5种：1.输入：Input iterators 提供对数据的只读访问。1.输出：Output iterators 提供对数据的只写访问 2.正向：Forward iterators 提供读写操作，并能一次一个地向前推进迭代器。3.双向：Bidirectional iterators提供读写操作，并能一次一个地向前和向后移动。4.随机访问：Random access iterators提供读写操作，并能在数据中随机移动。编号大的迭代器拥有编号小的迭代器的所有功能，能当作编号小的迭代器使用。,不同迭代器所能进行的操作(功能）：所有迭代器：+p,p+输入迭代器：*p,p=p1,p=p1,p!=p1 输出迭代器：*p,p=p1 正向迭代器：上面全部 双向迭代器：上面全部，-p,p-,随机访问迭代器：上面全部，以及：p+=i,p-=i,p+i：返回指向 p 后面的第i个元素的迭代器p-i：返回指向 p 前面的第i个元素的迭代器pi:p 后面的第i个元素的引用p p1,p=p1,容器迭代器类别vector随机deque随机list 双向set/multiset双向map/multimap双向stack不支持迭代器queue不支持迭代器priority_queue不支持迭代器,例如，vector的迭代器是随机迭代器，所以遍历 vector 可以有以下几种做法：vector v(100);vector:value_type i;/等效于写 int i;(P687)for(i=0;i:const_iterator ii;for(ii=v.begin();ii!=v.end();ii+)cout*ii;for(ii=v.begin();ii v.end();ii+)cout*ii;,/间隔一个输出：ii=v.begin();while(ii v.end()cout*ii;ii=ii+2;,而 list 的迭代器是双向迭代器，所以以下代码可以：list v;list:const_iterator ii;for(ii=v.begin();ii！v.end();ii+)cout*ii;以下代码则不行：for(ii=v.begin();ii v.end();ii+)cout*ii;/双向迭代器不支持 for(int i=0;i v.size();i+)cout vi;/双向迭代器不支持,3 算法简介STL中提供能在各种容器中通用的算法，比如插入，删除，查找，排序等。大约有70种标准算法。算法就是一个个函数模板。算法通过迭代器来操纵容器中的元素。许多算法需要两个参数，一个是起始元素的迭代器，一个是终止元素的后面一个元素的迭代器。比如，排序和查找有的算法返回一个迭代器。比如 find()算法，在容器中查找一个元素，并返回一个指向该元素的迭代器。算法可以处理容器，也可以处理C语言的数组,1)变化序列算法：copy,remove,fill,replace,random_shuffle,swap,.会改变容器2)非变化序列算法：adjacent-find,equal,mismatch,find,count,search,count_if,for_each,search_n以上函数模板都在 中定义P692此外还有其他算法，比如中的算法,算法示例：find()templateInIt find(InIt first,InIt last,const T first 和 last 这两个参数都是容器的迭代器，它们给出了容器中的查找区间起点和终点。这个区间是个左闭右开的区间，即区间的起点是位于查找范围之中的，而终点不是val参数是要查找的元素的值函数返回值是一个迭代器。如果找到，则该迭代器指向被找到的元素。如果找不到，则该迭代器指向查找区间终点。,#include#include#include using namespace std;main()int array10=10,20,30,40;vector v;v.push_back(1);v.push_back(2);v.push_back(3);v.push_back(4);vector:iterator p;p=find(v.begin(),v.end(),3);if(p!=v.end()cout*p endl;,p=find(v.begin(),v.end(),9);if(p=v.end()cout not found endl;p=find(v.begin()+1,v.end()-2,1);if(p!=v.end()cout*p endl;int*pp=find(array,array+4,20);cout*pp endl;输出：3not found320,4 顺序容器除前述共同操作外，顺序容器还有以下共同操作：front():返回容器中第一个元素的引用back():返回容器中最后一个元素的引用push_back():在容器末尾增加新元素pop_back():删除容器末尾的元素比如，查 list:front 的help,得到的定义是：reference front();const_reference front()const;list有两个front函数,reference和 const_reference 是typedef的类型，含义见P687对于 list,list:refrence 实际上就是 double&list:const_refreence 实际上就是 const double&对于 list,list:refrence 实际上就是 int&list:const_refreence 实际上就是 const int&,4.1 vector支持随机访问迭代器，所有STL算法都能对vector操作。随机访问时间为常数。在尾部添加速度很快，在中间插入慢。实际上就是动态数组。,例1：main()int i;int a5=1,2,3,4,5;vector v(5);cout v2(a,a+5);/构造函数v2.insert(v2.begin()+2,13);/在begin()+2位置插入 13for(i=0;i v2.size();i+)cout v2i,;,输出：50,1,2,3,100,1,2,13,3,4,5,例2：main()const int SIZE=5;int aSIZE=1,2,3,4,5;vector v(a,a+5);/构造函数try v.at(100)=7;catch(out_of_range e)cout e.what()endl;cout v.front()“,”v.back()endl;,v.erase(v.begin();ostream_iterator output(cout,“*);copy(v.begin(),v.end(),output);v.erase(v.begin(),v.end();/等效于 v.clear();if(v.empty()cout subscript1,52*3*4*5*empty1*2*3*4*5*,ostream_iterator output(cout,“*);定义了一个 ostream_iterator 对象，可以通过cout输出以*分隔的一个个整数copy(v.begin(),v.end(),output);导致v的内容在 cout上输出,copy 函数模板(算法）：template OutIt copy(InIt first,InIt last,OutIt x);本函数对每个在区间0,last-first)中的N执行一次*(x+N)=*(first+N)，返回 x+N对于copy(v.begin(),v.end(),output);first 和 last 的类型是 vector:const_iteratoroutput 的类型是 ostream_iterator,关于 ostream_iterator,istream_iterator的例子main()istream_iterator inputInt(cin);int n1,n2;n1=*inputInt;/读入 n1inputInt+;n2=*inputInt;/读入 n2cout outputInt(cout);*outputInt=n1+n2;cout endl;int a5=1,2,3,4,5;copy(a,a+5,outputInt);/输出整个数组,程序运行后输入 78 90敲回车，则输出结果为：78,9016812345,