C++容器算法

容器算法

<algorithm>是c++自带的容器算法，提供一系列实用的算法。在谈到容器算法，我们大概率会用到谓词predicate，谓词返回的类型是布尔类型(bool)可以是lambda表达式、函数对象以及其它可调用的对象。

查找

1. find()查找元素

   find接受三个参数，第三个参数是值类型，set、map自带count函数也能实现这样的功能，返回值0表示不存在。为了方便本次连带find_if、find_if_not、find_first_of、find_end和adjacent_find一起举例。

   vector<int> a{1, 1, 2, 3, 4, 4, 5};
   vector<int> b{5, 6, 6};
   find(a.begin(), a.end(), 3); // 返回的是迭代器，未查找到返回a.end()
   find_if(a.begin(), a.end(), [](auto x){return x != 3;}); //接受一个一元谓词，找到第一个满足条件的元素
   find_if_not(a.begin(), a.end(), [](auto x){return x != 3;}); //接受一个一元谓词，找到第一个不满足条件的元素
   
   // find_first_of找到存在于第一个范围的第二个范围中的第一个元素（可能并不是第二个范围第一个元素），返回迭代器，也支持一个二元谓词。
   vector<int> a{1, 1, 2, 3, 4, 4, 5};
   vector<int> b{6, 5, 6};
   auto it = find_first_of(a.begin(), a.end(), b.begin(), b.end());
   cout << *it << endl; // 返回5
   
   // find_end找到最后一个匹配子序列的位置，返回最后一个子序列开始的迭代器，也支持一个二元谓词
   vector<int> a{1, 1, 2, 3, 1, 4, 1, 2};
   vector<int> b{1, 2};
   auto it = find_end(a.begin(), a.end(), b.begin(), b.end());
   cout << distance(a.begin(), it) << endl; // 6指向第7个元素
   
   // adjcent_find找到两个值邻近的元素，返回指向找到的第一个元素的迭代器，接受一个二元谓词
   vector<int> a{1, 1, 2, 3, 4, 1, 2};
   vector<int> b{1, 2};
   auto it = adjacent_find(a.begin(), a.end());
   auto it = adjacent_find(a.begin(), a.end(),
       [](auto a, auto b)->bool{return  a + b = 10;});
   cout << *it << endl;
   

去重

1. unique(nums.begin(), nums.end())除掉连续相同的值

   unique函数的作用是删除掉的连续的相同的值,unique还支持传入二元谓词（可以理解为一个参数的函数），会返回一个迭代器it，但是并不是end()，中间是未指定的值(访问可能会产生未定义行为)。注意不要用set，返回的都是常量迭代器是无法改变的，其指向的元素无法改变。

   // 无谓词写法
   vector<int> a{1, 1, 2, 3, 4, 4, 5};
   auto it = unique(a.begin(), a.end()); // 此时a为{1, 2, 3, 4, 5}
   for_each(a.begin(), a.end(), [](auto it){cout << it << endl;}); // 输出为{1, 2, 3, 4, 5, 4, 5}
   for_each(a.begin(), it, [](auto it){cout << it << endl;}); // 输出为{1, 2, 3, 4, 5}
   // 有二元谓词
   vector<int> a{1, 1, 2, 3, 4, 4, 5};
   auto it = unique(a.begin(),
       a.end(), [](auto a, auto b) -> bool{return  a != b;}); // 此时a为{1, 2, 3, 4, 5}，lambda表达式作为一个二元谓词，每次从数组中取两个严肃进行判断，然后删除不相等的元素。
   for_each(a.begin(), a.end(), [](auto it) -> int{cout << it << endl;}); // Error，这是因为unique将返回的迭代器到之后的end()迭代器指向的值删除了，但是空间还在。此时访问，会发生未定义行为。
   for_each(a.begin(), it, [](auto xs){cout << xs << endl;}); // 1，1
   cout << distance(a.begin(), a.end()) << endl; // 7，distance求算距离是7
   

2. unique_copy()除掉连续相同的值并复制到目标容器

   注意，unique_copy并不进行内存分配，只是赋值给另一个容器，如果访问未分配内存的容器，那么会产生未定义行为。同样，也支持二元谓词，通过二元谓词判定移除连续值。

   vector<int> a{1, 1, 2, 3, 4, 4, 5};
   vector<int> b(7, 0);
   auto it = unique_copy(a.begin(), a.end(), b.begin());
   for_each(b.begin(), it, [](auto xs){cout << xs << endl;}); // out: 1 2 3 4 5
   
   // 二元谓词, 一般不要使用二元谓词与数字直接进行比较，可以使用remove实现
   auto it = unique_copy(a.begin(),
       a.end(), b.begin(), [x](auto a, auto b)
       -> bool{return a == 3;});
   for_each(b.begin(), it, [](auto xs){cout << xs << endl;}); // out: 1 1 2 3，解释：值等于3才会进行unique_copy
   
   auto it = unique_copy(a.begin(),
       a.end(), b.begin(), [x](auto a, auto b)
       -> bool{return a == b;});
   for_each(b.begin(), it, [](auto xs){cout << xs << endl;}); // out: 1 2 3 4 5，解释：值等于3才会进行unique_copy
   

排序

1. sort()对容器进行排序

   sort用于实现容器元素的排序，sort也同样接受二元谓词

   sort(a.begin(), a.end());
   sort(a.begin(), a.end(), greater<>()); // 使用库中自带的greater\less对象
   

迭代器差值

1. distance()求迭代之间距离

   distance用于求算两个迭代器之间的差值，只用于同一容器, set，map，vector都可以用。

   distance(c.begin(), c.end());
   

遍历容器

1. for_each()和for_each_n遍历容器每个元素并执行函数规定的操作，第三个参数是一个函数。如果要对迭代器指向的元素修改，那么set就是不可以的，因为set返回的是常量迭代器。

   array<int, 5> a{1, 2, 3, 4, 5};
   for_each(a.begin(), a.end(), [](int& x){cout<< x; x *= 2;}); // 此时元素值会发生改变，因为捕获的是引用。
   for_each(a.begin(), a.end(), [](auto x) -> void{x *= 2; cout << x;}); // 此时元素值不会发生改变，捕获的是值，会变为副本。
   for_each_n(a.begin, 5, [](auto x) -> void{x *= 2; cout << x;}); // 第二个参数指定操作的数量n, 对n个元素进行操作。
   

复制元素

1. copy()能够将容器中的元素复制到输出迭代器之后out iterator

   vector<vector<int>> sx(1);
   copy(sx.begin(), sx.end() , sx.begin()); // 可以将[begin, end)之间的元素复制到从begin()开始的位置。
   
   // 一个有意思的做法是使用back_inserter指明要进行尾插法，某些支持双向插入的容器也可以转变为尾插方法，省去了一些需要选择插入函数的麻烦。
   // set、map类红黑树容器不存在后插方法，无法进行此类调用，注意
   copy(sx.begin(), sx.end() , back_inserter(sx));
   
   vector<int> a{1, 2, 3};
   set<int> s;
   copy(a.begin(), a.end() , back_inserter(s)); // Error
   
   // 接下来我们考虑一个向vector<vector<int>>复制的问题
   vector<vector<int>> v(1)； // 此时外部vector容量为1，size也是1。说明内部存在一个vector容器元素，但是此时vector[0]的size和capacity都是0，是一个空容器。
   copy(v.begin(), v.end(), back_inserter(v)); // 此时内部空容器是2个
   

2. copy_backward()能够将容器中元素复制到输出迭代器之前。

   map、set类也不支持。这个容器算法会覆盖掉输出迭代器之前的元素

   vector<int> a{1, 2, 3, 4, 5, 6};
   set<int> s;
   copy_backward(a.begin(), a.end() , s); // Error
   copy_backward(a.begin(), a.begin() + 3, a.end()); // OK a{1, 2, 3, 1, 2, 3}
   copy_backward(a.begin(), a.begin() + 3, a.begin()); // OK，但是数组不会发生任何改变，相当于复制到begin()迭代器之前没有意义。