【C++代码】有序数组的平方,长度最小的子数组,螺旋矩阵 II--代码随想录

题目:有序数组的平方

  • 给你一个按 非递减顺序 排序的整数数组 nums,返回 每个数字的平方 组成的新数组,要求也按 非递减顺序 排序。
题解
  • 数组其实是有序的, 只不过负数平方之后可能成为最大数了。那么数组平方的最大值就在数组的两端,不是最左边就是最右边,不可能是中间。可以使用两个指针分别指向位置 0 和 n−1,每次比较两个指针对应的数,选择较大的那个逆序放入答案并移动指针。时间复杂度:O(n),其中 n 是数组 nums 的长度。空间复杂度:O(1)。除了存储答案的数组以外,我们只需要维护常量空间。

  • 如果A[i] * A[i] < A[j] * A[j] 那么result[k--] = A[j] * A[j]; 。如果A[i] * A[i] >= A[j] * A[j] 那么result[k--] = A[i] * A[i];

  • class Solution {
    public:vector<int> sortedSquares(vector<int>& nums) {int left=0,right=nums.size()-1;int ptr_index = nums.size()-1;vector<int> res(ptr_index+1);while(left<=right){if(nums[left]*nums[left] < nums[right]*nums[right]){res[ptr_index] = nums[right]*nums[right];--right;}else{res[ptr_index] = nums[left]*nums[left];++left;}--ptr_index;}return res;}
    };
    
  • 此时的时间复杂度为O(n),相对于暴力排序的解法O(n + nlog n)还是提升不少的。

题目:长度最小的子数组

  • 给定一个含有 n 个正整数的数组和一个正整数 target 。找出该数组中满足其和 ≥ target 的长度最小的 连续子数组 [numsl, numsl+1, ..., numsr-1, numsr] ,并返回其长度。如果不存在符合条件的子数组,返回 0
题解
  • 这道题目暴力解法当然是 两个for循环,然后不断的寻找符合条件的子序列,时间复杂度很明显是 O ( n 2 ) O(n^2) O(n2)。接下来就开始介绍数组操作中另一个重要的方法:滑动窗口。代码随想录 (programmercarl.com)

  • 所谓滑动窗口,就是不断的调节子序列的起始位置和终止位置,从而得出我们要想的结果。在暴力解法中,是一个for循环滑动窗口的起始位置,一个for循环为滑动窗口的终止位置,用两个for循环 完成了一个不断搜索区间的过程。 那么滑动窗口如何用一个for循环来完成这个操作呢?如果只用一个for循环来表示 滑动窗口的起始位置,那么如何遍历剩下的终止位置?

  • 只用一个for循环,那么这个循环的索引,一定是表示 滑动窗口的终止位置。

    • 在这里插入图片描述
  • 在本题中实现滑动窗口,主要确定如下三点:

    • 窗口内是什么?(窗口就是 满足其和 ≥ s 的长度最小的 连续 子数组)

    • 如何移动窗口的起始位置?(如果当前窗口的值大于s了,窗口就要向前移动了)

    • 如何移动窗口的结束位置?(窗口的结束位置就是遍历数组的指针,也就是for循环里的索引)

  • 可以发现滑动窗口的精妙之处在于根据当前子序列和大小的情况,不断调节子序列的起始位置。从而将 O ( n 2 ) O(n^2) O(n2) 暴力解法降为O(n)

  • 不要以为for里放一个while就以为是 O ( n 2 ) O(n^2) O(n2) 啊, 主要是看每一个元素被操作的次数,每个元素在滑动窗后进来操作一次,出去操作一次,每个元素都是被操作两次,所以时间复杂度是 2 × n 也就是O(n)

  • class Solution {
    public:int minSubArrayLen(int target, vector<int>& nums) {int len_nums = nums.size();int sum = 0;int start_index = 0,sub_len=len_nums+3;for(int i = 0;i<len_nums;i++){sum += nums[i];while(sum>=target){sub_len = min(sub_len,i-start_index+1);sum -= nums[start_index];start_index++;}}return sub_len>len_nums?0:sub_len;}
    };
    

题目:螺旋矩阵 II

  • 给你一个正整数 n ,生成一个包含 1n2 所有元素,且元素按顺时针顺序螺旋排列的 n x n 正方形矩阵 matrix
题解
  • 本题并不涉及到什么算法,就是模拟过程,但却十分考察对代码的掌控能力。模拟矩阵的生成。按照要求,初始位置设为矩阵的左上角,初始方向设为向右。若下一步的位置超出矩阵边界,或者是之前访问过的位置,则顺时针旋转,进入下一个方向。如此反复直至填入 n 2 n^2 n2 个元素。求解本题要坚持循环不变量原则。模拟顺时针画矩阵的过程:

    • 填充上行从左到右

    • 填充右列从上到下

    • 填充下行从右到左

    • 填充左列从下到上

  • 由外向内一圈一圈这么画下去。这里一圈下来,我们要画每四条边,这四条边怎么画,每画一条边都要坚持一致的左闭右开,或者左开右闭的原则,这样这一圈才能按照统一的规则画下来。

  • class Solution {
    public:vector<vector<int>> generateMatrix(int n) {vector<vector<int>> res(n,vector<int>(n,0));int startx=0,starty=0;int cirle = n/2;int offset=1;int count=1;int i,j;while(cirle--){i=startx;j=starty;for(j=starty;j<n-offset;j++){res[startx][j] = count++;}for(i=startx;i<n-offset;i++){res[i][j]=count++;}for(;j>starty;j--){res[i][j]=count++;}for(;i>startx;i--){res[i][j]=count++;}startx++;starty++;offset++;}if(n%2){res[startx][starty]=count++;}return res;}
    };
    

C++ STL 四种智能指针

  • C++ 标准模板库 STL(Standard Template Library) 一共给我们提供了四种智能指针:auto_ptr、unique_ptr、shared_ptr 和 weak_ptr,其中 auto_ptr 是 C++98 提出的,C++11 已将其摒弃,并提出了 unique_ptr 替代 auto_ptr。虽然 auto_ptr 已被摒弃,但在实际项目中仍可使用,但建议使用更加安全的 unique_ptr。shared_ptr 和 weak_ptr 则是 C++11 从准标准库 Boost 中引入的两种智能指针。此外,Boost 库还提出了 boost::scoped_ptr、boost::scoped_array、boost::intrusive_ptr 等智能指针,虽然尚未得到 C++ 标准采纳,但是在开发实践中可以使用C++ STL 四种智能指针_c++智能指针_恋喵大鲤鱼的博客-CSDN博客。

  • C++ 智能指针底层是采用引用计数的方式实现的。智能指针在申请堆内存空间的同时,会为其配备一个整形值(初始值为 1),每当有新对象使用此堆内存时,该整形值 +1;反之,每当使用此堆内存的对象被释放时,该整形值减 1。当堆空间对应的整形值为 0 时,即表明不再有对象使用它,该堆空间就会被释放掉。

  • 每种智能指针都是以类模板的方式实现的,shared_ptr 也不例外。shared_ptr(其中 T 表示指针指向的具体数据类型)的定义位于<memory>头文件,并位于 std 命名空间中,因此在使用该类型指针时,程序中应包含如下 2 行代码:

    • #include <memory>
      using namespace std;
      
unique_ptr
  • 作为智能指针的一种,unique_ptr 指针自然也具备“在适当时机自动释放堆内存空间”的能力。和 shared_ptr 指针最大的不同之处在于,unique_ptr 指针指向的堆内存无法同其它 unique_ptr 共享,也就是说,每个 unique_ptr 指针都独自拥有对其所指堆内存空间的所有权。

  • 这也就意味着,每个 unique_ptr 指针指向的堆内存空间的引用计数,都只能为 1,一旦该 unique_ptr 指针放弃对所指堆内存空间的所有权,则该空间会被立即释放回收。

  • 创建空的 unique_ptr 指针

    • std::unique_ptr<int> p1();
      std::unique_ptr<int> p2(nullptr);
      
  • 构建 unique_ptr 智能指针并初始化确定数据

    • std::unique_ptr<int> p3(new int);
      
  • 基于 unique_ptr 类型指针不共享各自拥有的堆内存,因此 C++11 标准中的 unique_ptr 模板类没有提供拷贝构造函数,只提供了移动构造函数。例如:

    • std::unique_ptr<int> p4(new int);
      std::unique_ptr<int> p5(p4);//错误,堆内存不共享
      std::unique_ptr<int> p5(std::move(p4));//正确,调用移动构造 函 数 
      //值得一提的是,对于调用移动构造函数的 p4 和 p5 来说,
      //p5 将获取 p4 所指堆空间的所有权,而 p4 将变成空指针(nullptr)。
      
  • 默认情况下,unique_ptr 指针采用 std::default_delete 方法释放堆内存。也可自定义释放规则。和 shared_ptr 指针不同, unique_ptr 自定义释放规则只能采用函数对象的方式。

shared_ptr
  • 值得一提的是,和 unique_ptr、weak_ptr 不同之处在于,多个 shared_ptr 智能指针可以共同使用同一块堆内存。并且,由于该类型智能指针在实现上采用的是引用计数机制,即便有一个 shared_ptr 指针放弃了堆内存的“使用权”(引用计数减 1),也不会影响其他指向同一堆内存的 shared_ptr 指针(只有引用计数为 0 时,堆内存才会被自动释放)。

  • 构造 shared_ptr 类型的空智能指针

    • std::shared_ptr<int> p1; //不传入任何实
      std::shared_ptr<int> p2(nullptr); //传入空指针 nullptr
      
  • 构建 shared_ptr 智能指针并初始化确定数据

    • std::shared_ptr<int> p3(new int(10));
      std::shared_ptr<int> p3 = std::make_shared<int>(10);
      //调用拷贝构造函数
      std::shared_ptr<int> p4(p3);//或者 std::shared_ptr<int> p4 = p3;//调用移动构造函数
      std::shared_ptr<int> p5(std::move(p4)); //或者 std::shared_ptr<int> p5 = std::move(p4);
      
  • 如上所示,p3 和 p4 都是 shared_ptr 类型的智能指针,因此可以用 p3 来初始化 p4,由于 p3 是左值,因此会调用拷贝构造函数。需要注意的是,如果 p3 为空智能指针,则 p4 也为空智能指针,其引用计数初始值为 0;反之,则表明 p4 和 p3 指向同一块堆内存,同时该堆空间的引用计数会加 1。而对于 std::move(p4) 来说,该函数会强制将 p4 转换成对应的右值,因此初始化 p5 调用的是移动构造函数。另外和调用拷贝构造函数不同,用 std::move(p4) 初始化 p5,会使得 p5 拥有了 p4 的堆内存,而 p4 则变成了空智能指针。

  • 注意:一普通指针不能同时为多个 shared_ptr 对象赋值,否则会导致程序发生异常。例如:

    • int* ptr = new int;
      std::shared_ptr<int> p1(ptr);
      std::shared_ptr<int> p2(ptr);//错误
      
  • 初始化 shared_ptr 智能指针时,可自定义堆内存的释放规则,当堆内存的引用计数为 0 时,会优先调用自定义的释放规则。

    • //指定 default_delete 作为释放规则
      std::shared_ptr<int> p6(new int[10], std::default_delete<int[]>());
      //自定义释放规则
      void deleteInt(int*p) {delete []p;
      }
      //初始化智能指针,并自定义释放规则
      std::shared_ptr<int> p7(new int[10], deleteInt);
      

weak_ptr

  • C++11标准虽然将 weak_ptr 定位为智能指针的一种,但该类型指针通常不单独使用(没有实际用处),只能和 shared_ptr 类型指针搭配使用。甚至于,我们可以将 weak_ptr 类型指针视为 shared_ptr 指针的一种辅助工具,借助 weak_ptr 类型指针, 我们可以获取 shared_ptr 指针的一些状态信息,比如有多少指向相同的 shared_ptr 指针、shared_ptr 指针指向的堆内存是否已经被释放等等

  • 需要注意的是,当 weak_ptr 类型指针的指向和某一 shared_ptr 指针相同时,weak_ptr 指针并不会使所指堆内存的引用计数加 1;同样,当 weak_ptr 指针被释放时,之前所指堆内存的引用计数也不会因此而减 1。也就是说,weak_ptr 类型指针并不会影响所指堆内存空间的引用计数

std::unique_ptr:内存的所有者或者说管理者必须是唯一的。如果进入不同的模块或者调用者,那么执行所有权转移。

std::shared_ptr: 内存由多个指针变量共同使用,共同拥有内存的所有权。但是必须杜绝循环拷贝!

std::weak_ptr: 对内存的使用仅仅是访问而已,不涉及其生命周期的管理。
1。也就是说,weak_ptr 类型指针并不会影响所指堆内存空间的引用计数

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