【C++提高编程-09】----C++ STL之常用排序算法

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前言

       STL（Standard Template Library）是C++标准库的一部分，提供了丰富的数据结构和算法，用于处理数据和实现常见的计算任务。STL中的算法分为几类，包括遍历算法、修改算法、排序算法、查找算法、数值算法等，每类算法都有其特定的应用场景和功能。

正文

01-排序算法之sort用法     

sort 算法详解

语法

template <class RandomAccessIterator>
void sort (RandomAccessIterator first, RandomAccessIterator last);template <class RandomAccessIterator, class Compare>
void sort (RandomAccessIterator first, RandomAccessIterator last, Compare comp);
  • RandomAccessIterator：表示随机访问迭代器类型，用于指定排序范围。
  • first：表示排序范围的起始位置。
  • last：表示排序范围的结束位置，不包含在范围内。
  • comp：可选参数，用于指定排序的比较函数对象。

参数

  • first：排序范围的起始位置。
  • last：排序范围的结束位置，不包含在范围内。
  • comp：可选参数，用于指定排序的比较函数对象。如果不提供此参数，默认使用 < 运算符进行比较。

功能

sort 算法用于对范围 [first, last) 内的元素进行排序，默认以升序方式排列。

返回值

  • sort 函数没有返回值，直接在原始范围上进行排序操作。

示例

以下是使用 sort 算法对整数向量进行排序的示例：

#include <iostream>
#include <vector>
#include <algorithm> // 包含 sort 函数int main() {std::vector<int> numbers = {5, 2, 8, 3, 1, 4};// 使用 sort 对向量进行升序排序std::sort(numbers.begin(), numbers.end());std::cout << "升序排序后的结果为: ";for (int num : numbers) {std::cout << num << " ";}std::cout << std::endl;return 0;
}

输出结果将是 “升序排序后的结果为: 1 2 3 4 5 8”。在这个例子中，sort 函数对向量 numbers 中的元素进行了升序排序，并输出排序后的结果。

注意事项

  • sort 算法默认使用 < 运算符进行比较，可通过提供自定义的比较函数对象 comp 进行特定排序。
  • 对于自定义数据类型，确保比较函数对象 comp 或重载 < 运算符，以确保算法能正确比较对象。

通过 sort 算法，可以方便地对容器内的元素进行排序操作，适用于各种数据结构和排序需求。

        这段代码演示了C++中对vector容器内元素进行排序的基本用法，并展示了如何使用自定义的比较函数来实现不同的排序顺序。

  1. 包含头文件和定义函数

    • #include <algorithm>：包含了标准库中的排序算法 sort 和 greater。
    • #include <vector>：包含了使用的容器 vector。
    • void myPrint(int val)：定义了一个简单的函数 myPrint，用于输出整数值。

  2. 定义测试函数 test01()

    • 创建了一个整数类型的 vector v，并向其中添加了几个整数元素。
    • 使用 sort(v.begin(), v.end()) 对 vector v 进行升序排序（默认情况下）。
    • 使用 for_each(v.begin(), v.end(), myPrint) 遍历输出排序后的元素，函数 myPrint 负责打印每个元素。
    • 执行 cout << endl; 输出换行。

  3. 反向排序示例

    • 使用 sort(v.begin(), v.end(), greater<int>()) 对 vector v 进行降序排序。greater<int>() 是一个函数对象，表示按照大于号 (>) 的方式进行比较。
    • 再次使用 for_each(v.begin(), v.end(), myPrint) 输出降序排序后的元素。
    • 执行 cout << endl; 输出换行。

  4. 主函数 main()

    • 调用 test01() 函数来执行上述排序和输出操作。
    • 最后使用 system("pause"); 在控制台暂停程序的执行，等待用户按下任意键结束程序。

这段代码通过展示 sort 函数的基本使用，演示了如何实现升序和降序排序，以及如何自定义比较函数来满足不同的排序需求。

#include <algorithm>
#include <vector>
void myPrint(int val)
{cout << val << " ";
}
void test01() {vector<int> v;v.push_back(10);v.push_back(30);v.push_back(50);v.push_back(20);v.push_back(40);//sort默认从小到大排序sort(v.begin(), v.end());for_each(v.begin(), v.end(), myPrint);cout << endl;//从大到小排序sort(v.begin(), v.end(), greater<int>());for_each(v.begin(), v.end(), myPrint);cout << endl;
}
int main() {test01();system("pause");return 0;
}

02-排序算法之random_shuffle用法     

random_shuffle 算法详解

语法

template <class RandomAccessIterator>
void random_shuffle (RandomAccessIterator first, RandomAccessIterator last);template <class RandomAccessIterator, class RandomNumberGenerator>
void random_shuffle (RandomAccessIterator first, RandomAccessIterator last, RandomNumberGenerator&& rand);
  • RandomAccessIterator：表示随机访问迭代器类型，用于指定要打乱的范围。
  • first：表示打乱范围的起始位置。
  • last：表示打乱范围的结束位置，不包含在范围内。
  • rand：可选参数，表示用于生成随机数的随机数生成器对象。

参数

  • first：打乱范围的起始位置。
  • last：打乱范围的结束位置，不包含在范围内。
  • rand：可选参数，用于指定随机数生成器对象。如果不提供此参数，默认使用 std::default_random_engine 生成随机数。

功能

random_shuffle 算法用于对范围 [first, last) 内的元素进行随机打乱。

返回值

  • random_shuffle 函数没有返回值，直接在原始范围上进行元素打乱操作。

示例

以下是使用 random_shuffle 算法对整数向量进行随机打乱的示例：

#include <iostream>
#include <vector>
#include <algorithm> // 包含 random_shuffle 函数
#include <random> // 包含随机数生成器int main() {std::vector<int> numbers = {1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10};// 使用 random_shuffle 对向量进行随机打乱std::random_shuffle(numbers.begin(), numbers.end());std::cout << "随机打乱后的结果为: ";for (int num : numbers) {std::cout << num << " ";}std::cout << std::endl;return 0;
}

输出结果将是随机的顺序，例如 “随机打乱后的结果为: 5 7 1 4 3 2 8 9 10 6”。在这个例子中，random_shuffle 函数对向量 numbers 中的元素进行了随机打乱，并输出打乱后的结果。

注意事项

  • random_shuffle 算法使用默认的随机数生成器来生成随机数。如果需要定制化的随机数生成器，可以提供自定义的随机数生成器对象。
  • 对于自定义数据类型，确保实现了迭代器的随机访问能力，以便算法能正确操作范围内的元素。

通过 random_shuffle 算法，可以方便地对容器内的元素进行随机打乱操作，适用于各种需要随机顺序的场景。

这段代码展示了如何使用 C++ 的 random_shuffle 算法对 vector 容器内的元素进行随机打乱，并输出打乱后的结果。

  1. 包含头文件和定义类

    • #include <algorithm>：包含了标准库中的 random_shuffle 算法。
    • #include <vector>：包含了使用的容器 vector。
    • #include <ctime>：包含了 time 函数，用于获取当前时间。
    • #include <cstdlib>：包含了 srand 和 rand 函数，用于设置和获取随机数种子。

  2. 定义类 myPrint

    • class myPrint：定义了一个仿函数 (function object)，其中重载了 operator()，用于输出整数值。

  3. 定义测试函数 test01()

    • srand((unsigned int)time(NULL));：通过调用 srand 函数设置随机数种子，使用当前时间作为种子，确保每次运行得到不同的随机结果。
    • 创建了一个整数类型的 vector v，并使用 for 循环向其中添加了整数元素 0 到 9。
    • 使用 for_each(v.begin(), v.end(), myPrint()) 遍历输出 vector 中的元素，函数对象 myPrint 负责打印每个元素。
    • 执行 cout << endl; 输出换行。

  4. 随机打乱示例

    • 使用 random_shuffle(v.begin(), v.end()) 对 vector v 中的元素进行随机打乱。
    • 再次使用 for_each(v.begin(), v.end(), myPrint()) 输出打乱后的元素。
    • 执行 cout << endl; 输出换行。

  5. 主函数 main()

    • 调用 test01() 函数来执行上述随机打乱和输出操作。
    • 使用 system("pause"); 在控制台暂停程序的执行，等待用户按下任意键结束程序。

这段代码通过调用 random_shuffle 函数实现了对 vector 容器内元素的随机打乱，展示了如何利用随机数种子确保每次打乱结果的随机性。

#include <algorithm>
#include <vector>
#include <ctime>
class myPrint
{
public:void operator()(int val){cout << val << " ";}
};
void test01()
{srand((unsigned int)time(NULL));vector<int> v;for (int i = 0; i < 10; i++){v.push_back(i);}for_each(v.begin(), v.end(), myPrint());cout << endl;//打乱顺序random_shuffle(v.begin(), v.end());for_each(v.begin(), v.end(), myPrint());cout << endl;
}
int main() {test01();system("pause");return 0;
}

03-排序算法之merge用法     

merge 算法详解

语法

template <class InputIterator1, class InputIterator2, class OutputIterator>
OutputIterator merge (InputIterator1 first1, InputIterator1 last1,InputIterator2 first2, InputIterator2 last2,OutputIterator result);
  • InputIterator1：表示第一个有序序列的迭代器类型。
  • InputIterator2：表示第二个有序序列的迭代器类型。
  • OutputIterator：表示目标序列的迭代器类型。

参数

  • first1：第一个有序序列的起始位置。
  • last1：第一个有序序列的结束位置（不包含在范围内）。
  • first2：第二个有序序列的起始位置。
  • last2：第二个有序序列的结束位置（不包含在范围内）。
  • result：目标序列的起始位置，用于存储合并后的有序序列。

功能

merge 算法用于将两个已排序的序列合并为一个新的有序序列，并存储到目标序列中。

返回值

  • merge 函数返回一个迭代器，指向目标序列中的末尾位置（合并后序列的下一个位置）。

示例

以下是使用 merge 算法将两个已排序的向量合并为一个新的有序向量的示例：

#include <iostream>
#include <vector>
#include <algorithm> // 包含 merge 函数int main() {std::vector<int> v1 = {1, 3, 5, 7, 9};std::vector<int> v2 = {2, 4, 6, 8, 10};std::vector<int> merged(v1.size() + v2.size());// 使用 merge 将 v1 和 v2 合并为 mergedstd::merge(v1.begin(), v1.end(), v2.begin(), v2.end(), merged.begin());std::cout << "合并后的有序序列为: ";for (int num : merged) {std::cout << num << " ";}std::cout << std::endl;return 0;
}

输出结果将是合并后的有序序列，例如 “合并后的有序序列为: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10”。在这个例子中，merge 函数将两个已排序的向量 v1 和 v2 合并为一个新的有序向量 merged。

注意事项

  • merge 算法要求输入序列必须是已排序的，否则结果将不符合预期。
  • 如果输入序列有重复元素，merge 算法会保持这些重复元素的顺序。
  • 目标序列 result 的长度必须足够大，能够容纳合并后的所有元素，否则可能导致未定义行为。

通过 merge 算法，可以方便地将两个已排序的序列合并为一个新的有序序列，适用于各种需要合并排序结果的场景。

这段代码展示了如何使用 C++ 的 merge 算法将两个已排序的 vector 合并到一个新的目标 vector 中，并通过自定义的 myPrint 函数对象输出合并后的结果。

代码解释

  1. 包含头文件和定义类

    #include <algorithm>  // 包含 merge 算法
#include <vector>
#include <iostream>   // 包含 cout 和 endl
using namespace std;  // 使用标准命名空间
    • #include <algorithm>：包含了标准库中的 merge 算法。
    • #include <vector>：包含了使用的容器 vector。
    • #include <iostream>：用于标准输出 cout 和换行 endl。
    • using namespace std;：使用标准库的命名空间，避免每次使用标准库中的元素时都需要加上 std:: 前缀。

  2. 定义类 myPrint

    class myPrint
{
public:void operator()(int val){cout << val << " ";}
};
    • myPrint 类是一个函数对象，重载了 operator()，用于输出整数值 val，并在每个值后面添加空格。

  3. 定义测试函数 test01()

    void test01()
{vector<int> v1;vector<int> v2;// 向 v1 和 v2 中添加元素for (int i = 0; i < 10; i++){v1.push_back(i);v2.push_back(i + 1);}vector<int> vtarget;// 目标容器 vtarget 需要提前开辟空间vtarget.resize(v1.size() + v2.size());// 合并两个有序序列 v1 和 v2 到 vtarget 中merge(v1.begin(), v1.end(), v2.begin(), v2.end(), vtarget.begin());// 使用 for_each 和 myPrint 输出合并后的结果for_each(vtarget.begin(), vtarget.end(), myPrint());cout << endl;
}
    • 创建了两个 vector 容器 v1 和 v2，分别存储整数序列 {0, 1, 2, ..., 9} 和 {1, 2, 3, ..., 10}。
    • 创建了一个目标容器 vtarget，使用 resize 函数提前为其分配了足够的空间，以便存储合并后的结果。
    • 调用 merge 函数，将 v1 和 v2 中的元素合并到 vtarget 中。
    • 使用 for_each 算法遍历 vtarget，并利用 myPrint 函数对象输出每个元素。

  4. 主函数 main()

    int main() {test01();system("pause");return 0;
}
    • 在 main 函数中调用 test01() 来执行上述合并和输出操作。
    • 使用 system("pause") 让程序在控制台暂停，等待用户按任意键结束程序的执行。

总结

这段代码展示了如何利用 merge 算法将两个已排序的 vector 合并成一个新的有序 vector，并通过自定义的函数对象 myPrint 输出合并后的结果。使用 resize 来提前分配空间，确保目标容器能够容纳所有合并后的元素，是 merge 算法使用的必要步骤之一。

#include <algorithm>
#include <vector>
class myPrint
{
public:void operator()(int val){cout << val << " ";}
};
void test01()
{vector<int> v1;vector<int> v2;for (int i = 0; i < 10; i++){v1.push_back(i);v2.push_back(i + 1);}vector<int> vtarget;//目标容器需要提前开辟空间vtarget.resize(v1.size() + v2.size());//合并 需要两个有序序列merge(v1.begin(), v1.end(), v2.begin(), v2.end(), vtarget.begin());for_each(vtarget.begin(), vtarget.end(), myPrint());cout << endl;
}
int main() {test01();system("pause");return 0;
}

04-排序算法之reverse用法     

排序算法之reverse用法详细解释一下

reverse 算法详解

语法

template <class BidirectionalIterator>
void reverse (BidirectionalIterator first, BidirectionalIterator last);
  • BidirectionalIterator：表示一个能够向前和向后遍历的迭代器类型。

参数

  • first：要反转的序列的起始位置。
  • last：要反转的序列的结束位置（不包含在范围内）。

功能

reverse 算法用于将指定范围内的元素顺序完全反转。

示例

以下是使用 reverse 算法反转一个 vector 的示例：

#include <iostream>
#include <vector>
#include <algorithm> // 包含 reverse 函数int main() {std::vector<int> v = {1, 2, 3, 4, 5};// 使用 reverse 将 vector 反转std::reverse(v.begin(), v.end());std::cout << "反转后的 vector: ";for (int num : v) {std::cout << num << " ";}std::cout << std::endl;return 0;
}

输出结果将是反转后的 vector，例如 “反转后的 vector: 5 4 3 2 1”。在这个例子中，reverse 函数将 v 中的元素顺序完全反转。

注意事项

  • reverse 算法会直接修改原始序列，而不是返回新的序列。
  • 序列中的元素顺序完全反转，即第一个元素变成最后一个，最后一个变成第一个，依此类推。
  • 如果 first == last，或者序列中只有一个元素，则不会进行任何操作。

通过 reverse 算法，可以方便地对容器或者数组中的元素顺序进行反转操作，适用于各种需要逆序处理的场景。

这段代码展示了如何使用 C++ 标准库中的 reverse 算法来反转一个 vector 中的元素，并通过自定义的 myPrint 函数对象输出反转前后的结果。

  1. 包含头文件和定义类

    #include <algorithm>  // 包含 reverse 算法
#include <vector>
#include <iostream>   // 包含 cout 和 endl
using namespace std;  // 使用标准命名空间
    • #include <algorithm>：包含了标准库中的 reverse 算法。
    • #include <vector>：包含了使用的容器 vector。
    • #include <iostream>：用于标准输出 cout 和换行 endl。
    • using namespace std;：使用标准库的命名空间，避免每次使用标准库中的元素时都需要加上 std:: 前缀。

  2. 定义类 myPrint

    class myPrint
{
public:void operator()(int val){cout << val << " ";}
};
    • myPrint 类是一个函数对象，重载了 operator()，用于输出整数值 val，并在每个值后面添加空格。

  3. 定义测试函数 test01()

    void test01()
{vector<int> v = {10, 30, 50, 20, 40};cout << "反转前： " << endl;for_each(v.begin(), v.end(), myPrint());cout << endl;// 使用 reverse 函数反转 vector v 中的元素reverse(v.begin(), v.end());cout << "反转后： " << endl;for_each(v.begin(), v.end(), myPrint());cout << endl;
}

    • 创建了一个 vector 容器 v，并向其中添加了整数元素 {10, 30, 50, 20, 40}。

    • 使用 for_each 算法和自定义的 myPrint 函数对象输出 vector 中的元素，展示了反转前的顺序。

    • 调用 reverse(v.begin(), v.end()) 将 vector v 中的元素顺序完全反转。

    • 再次使用 for_each 和 myPrint 输出反转后的 vector 元素顺序。

  4. 主函数 main()

    int main() {test01();system("pause");return 0;
}
    • 在 main 函数中调用 test01() 来执行上述反转和输出操作。
    • 使用 system("pause") 让程序在控制台暂停，等待用户按任意键结束程序的执行。

总结

这段代码演示了如何使用 C++ 标准库的 reverse 算法来反转 vector 容器中的元素。通过 reverse 函数可以快速、方便地修改容器中元素的顺序，适用于需要倒序处理数据的各种场景。

#include <algorithm>
#include <vector>
class myPrint
{
public:void operator()(int val){cout << val << " ";}
};
void test01()
{vector<int> v;v.push_back(10);v.push_back(30);v.push_back(50);v.push_back(20);v.push_back(40);cout << "反转前： " << endl;for_each(v.begin(), v.end(), myPrint());cout << endl;cout << "反转后： " << endl;reverse(v.begin(), v.end());for_each(v.begin(), v.end(), myPrint());cout << endl;
}
int main() {test01();system("pause");return 0;
}

总结

      STL（Standard Template Library）提供了多种排序算法，每种算法都有其特定的优势和适用场景。

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