泛型算法（find、count、sort、fill、unique、copy、lambda、迭代器）

一、概述

    泛型算法可以用于不同类型的元素和多种容器类型，大多数算法定义在头文件algorithm中，还有一些数值泛型算法定义在头文件numeric中。

    迭代器让算法不依赖于容器，但是算法依赖于元素类型的操作（算法永远不会执行容器的操作）。

1、find和count：

#include <iostream>#include <algorithm>#include <numeric>#include <vector>#include <list>using namespace std;using v_int = vector<int>;using v_str = vector<string>;using l_char = list<const char *>;int main(int argc, char const *argv[]){/*********************概述（find、count）。*********************/v_int vec = {1,2,3,4,5,6};int val = 5;//find将范围内每个元素与定值比较，返回第一个等于定值的迭代器，如果找不到就返回第二个元素。auto result = find(vec.cbegin(),vec.cend(),val);cout << *result << endl;//count返回给定值在序列中出现的次数。auto cnt = count(begin(vec),end(vec),val);cout << cnt << endl;return 0;}

    上述代码运行结果如下：

二、初识泛型算法

1、只读算法（accumulate、equal）。

v_int vec = {1,2,3,4,5,6};v_str vec_str1{"A","B","C","D"};//accumulate：元素求和，前两个参数指定求和元素的范围，第三个参数是和的初值。auto sum_int = accumulate(vec.cbegin(),vec.cend(),0);cout << sum_int << endl;auto sum_str = accumulate(vec_str1.cbegin(),vec_str1.cend(),string(""));//string初始化为空串。cout << sum_str << endl;l_char lst_char{"A","B","C","D"};//equal：用于确定两个序列是否保存相同的值，返回布尔值。第二个序列至少应该和第一个序列一样长。cout << equal(vec_str1.cbegin(),vec_str1.cend(),lst_char.cbegin()) << endl;

2、写容器元素的算法：（fill（常用）、fill_n、back_inserter、copy（常用）、replace（常用）、replace_copy、sort（常用）、unique（常用））。

fill(vec.begin(),vec.begin() + vec.size()/2,0);//fill：接受一对迭代器表示范围，用指定值替代范围内的元素。fill_n(vec.begin()+3,3,1);//fill_n：用指定值替代从指定元素开始的多个元素。for (const auto s : vec){cout << s << " ";}cout << endl;//back_inserter:通过插入迭代器将元素添加到容器中。v_int vec2;auto it = back_inserter(vec2);*it = 10;fill_n(back_inserter(vec2),5,0);//向vec2的末尾添加五个元素。for (const auto s : vec2){cout << s << " ";}cout << endl;//copy：此算法将输入范围中的元素拷贝到新的序列中，三个参数都是迭代器，返回值为尾迭代器。auto ret = copy(begin(vec),end(vec),begin(vec2));for (const auto s : vec2){cout << s << " ";}cout << endl;//replace：将序列中某个元素全部替换为指定的元素（最后一个参数）。replace(begin(vec2),end(vec2),0,1);for (const auto s : vec2){cout << s << " ";}cout << endl;//replace_copy：原序列不变，新序列是原序列的拷贝，只是替换了原序列中某个元素为新的元素。replace_copy(begin(vec2),end(vec2),back_inserter(vec),1,0);for (const auto s : vec){cout << s << " ";}cout << endl;v_int vec3 = {1,2,1,6,3,4,4,5};//sort：默认使用升序排序，如果要使用降序则用反向迭代器。sort(vec3.begin(),vec3.end());for (const auto s : vec3){cout << s << " ";}cout << endl;//unique：重排输入范围，使得每个元素只出现一次，返回指向不重复区域之后一个位置的迭代器。auto end_unique = unique(vec3.begin(),vec3.end());vec3.erase(end_unique,vec3.end());//删除重复元素。for (const auto s : vec3){cout << s << " ";}cout << endl;

三、定制操作

1、向算法传递函数（sort（常用））。

bool IsShorter(const string &s1,const string &s2){return s1.size() < s2.size();}v_str vec = {"abc","fox","over","fox","jumps","slow"};//将元素按大小重排，相同长度的元素按字典序排列，第三个参数叫谓词。sort(begin(vec),end(vec),IsShorter);//谓词指定了某种排序规则。for (const auto s : vec){cout << s << " ";}cout << endl;

2、lambda表达式【C++11】（介绍lambda、向lambda传递参数、使用捕获列表，调用find_if和for_each）。

    【Note】：

    1）一个lambda表达式表示一个可调用的代码单元，lambda必须使用尾置返回来指定返回类型，捕获列表和函数体是不可缺少的。

    2）一个lambda只有在捕获列表中捕获一个它所在函数中的局部变量，才能在函数体中使用该变量。

    3）捕获列表只能使用局部非static变量，lambda可以直接使用局部static变量和它所在函数之外声明的名字。

//去掉重复元素auto end_unique = unique(begin(vec),end(vec));vec.erase(end_unique,vec.end());//按长度排序（与上面的带谓词sort类似），只是此处使用了lambda表达式。//lambda表达式的结构：[捕获列表] (参数列表) -> 返回类型 {函数体}，可以忽略参数列表和返回类型。stable_sort(vec.begin(),vec.end(),[] (const string &s1,const string &s2) -> bool{ return s1.size() < s2.size(); });//stable_sort维持相等元素的原有顺序，是一种稳定排序。for (const auto s : vec){cout << s << " ";}cout << endl;vec_str_type sz = 3;//find_if：查找第一个具有特定大小的元素，返回其位置。auto wc = find_if(vec.begin(),vec.end(),[sz] (const string &a) -> bool{ return a.size() > sz; });cout << (vec.end() - wc) << endl;//for_each：对输入范围内的所有元素执行可调用对象。for_each(wc,vec.end(), [] (const string &s) { cout << s << " "; });cout << endl;

3、lambda捕获和返回（值捕获、引用捕获、隐式捕获、可变lambda、指定lambda的返回类型）。

    【Note】：

    1）当以引用方式捕获变量时，必须保证在lambda执行时变量时存在的。

    2）一般来说，应该尽量减少捕获的数据量，避免捕获引用和指针。

    3）对于那种只在一两个地方使用的简单操作，lambda表达式是最有用的。

//1、值捕获。size_t v1 = 42;auto f = [v1] { return v1; };//将v1拷贝到名为f的可调用对象。v1 = 0;auto v1_1 = f();//f保存了我们创建它时v1的拷贝，因此随后的修改不会影响lambda内对应的值。cout << v1_1 << endl;//2、引用捕获。auto f2 = [&v1] { return v1; };auto v2_1 = f2();cout << v2_1 << endl;//f2保存的是v1的引用，而非拷贝,是，所以随后的修改就会影响lambda内对应的值。//3、隐式捕获。auto f3 = [=] { return v1; };//让编译器推断。auto v3_1 = f3();cout << v3_1 << endl;//4、混合捕获。const char c = ' ';ostream &os = cout;//ostream对象不能拷贝，因此只能采用引用捕获。//第一个元素必须是&或者=，os采用隐式捕获，引用捕获方式；c显式捕获，值捕获方式。for_each(wc,vec.end(), [& , c] (const string &s) { os << s << c; });cout << endl;//5、可变lambda,改变捕获变量的值（加上mutable关键字）。size_t v2 = 1;auto f4 = [&v2] () mutable { --v2; if(!v2) return v2; else return v2; };auto v4_1 = f4();cout << v4_1 << endl;//6、指定lambda返回类型。v_int vi = {-1,5,4,-7,-2,-3};//transform：接受三个迭代器，前两个表示输入序列，第三个表示迭代器目的位置，//将输入序列的每个元素都替换为可调用对象操作该元素所得到的值。//使用尾置返回类型定义lambda的返回类型。transform(begin(vi),end(vi),begin(vi),[] (int i) -> int { return (i > 0) ? i : -i; });for (const auto s : vi){cout << s << " ";}cout << endl;

4、参数绑定【C++11】（bind、bind重排参数顺序、绑定引用参数）。
    bind定义在functional头文件中，接受一个可调用对象，生成一个新的可调用对象来适应原对象的参数列表。

bool Check_Size(const string &s,string::size_type sz){    return s.size() > sz;}ostream &print(ostream &os,const string &s,char c){    return os << s << c;}//bind调用生成一个可调用对象，将vec每个元素绑定到—_1上。auto wa = find_if(begin(vec),end(vec),bind(Check_Size,_1,3));for_each(wa,vec.end(), [] (const string &s) { cout << s << " "; });cout << endl;//bind重排参数顺序。sort(begin(vec),end(vec),bind(IsShorter,_2,_1));//长度由长到短排序。//绑定引用参数，使用ref标准库函数00。for_each(begin(vec),end(vec),bind(print,ref(os),_1,' '));

    上述代码运行结果如下：

四、再探迭代器

1、插入迭代器（back_inserter、front_inserter、inserter）。

    【Note】：

    1）只有在容器支持push_front的情况下，我们才可以使用front_inserter。类似的，只有在容器支持push_back的情况下，我们才可以使用back_inserter。

#include <iostream>#include <fstream>#include <iterator>#include <algorithm>#include <numeric>#include <vector>#include <deque>using namespace std;using v_int = vector<int>;using d_int = deque<int>;using in_iter_int = istream_iterator<int>;using out_iter_int = ostream_iterator<int>;v_int vec1_1 = {1,2,3,4,5,6,7,8,9};v_int vec1_2,vec1_3;d_int deq1_1;//创建一个使用push_back的迭代器。copy(begin(vec1_1),end(vec1_1),back_inserter(vec1_2));//创建一个使用push_front的迭代器。copy(begin(vec1_1),end(vec1_1),front_inserter(deq1_1));//创建一个使用insert的迭代器。第一个参数为容器，第二个元素为指向该容器的迭代器，//元素将被插到给定迭代器所表示的元素之前。copy(begin(vec1_1),end(vec1_1),inserter(vec1_3,begin(vec1_3)));for (const auto s : vec1_2){    cout << s << " ";}cout << endl;for (const auto s : vec1_3){    cout << s << " ";}cout << endl;for (const auto s : deq1_1){    cout << s << " ";}cout << endl;

2、iostream迭代器（istream_iterator、ostream_iterator）。

//下面的这条语句使得文件路径可以使用中文名。locale::global(locale(""));//文件操作。ifstream InFile("E:\\ML_and_DL\\C++_further_study\\c++_STL\\泛型算法\\in.txt");ofstream OutFile1;ofstream OutFile2;OutFile1.open("E:\\ML_and_DL\\C++_further_study\\c++_STL\\泛型算法\\out1.txt");OutFile2.open("E:\\ML_and_DL\\C++_further_study\\c++_STL\\泛型算法\\out2.txt");//流迭代器in_iter从输入流InFile读取某种类型的数据，eof表示输入流的末尾。in_iter_int in_iter(InFile),eof;//流迭代器out_iter将某种类型的数据写到输出流out_iter中，每个值后面都输出某个字符（空格，换行等）。out_iter_int out_iter(OutFile1," ");out_iter_int out_iter2(OutFile2,"\n");//从迭代器的范围构造容器。v_int vec2_1(in_iter,eof);if(InFile){for (auto s : vec2_1){if(!(s % 2)){out_iter2 = s;//奇数输出到out2.txt中。}else{out_iter = s;//偶数输出到out1.txt中。}}}

3、反向迭代器（crbegin、crend）。

v_int vec3_1 = {1,2,3,4,5};for (auto r_iter = vec3_1.crbegin();r_iter != vec3_1.crend();++r_iter){cout << *r_iter << " ";}cout << endl;//反向排序，从大到小排列。sort(vec3_1.rbegin(),vec3_1.rend());//通过流迭代器结合copy打印元素。out_iter_int out_iter3(cout," ");copy(begin(vec3_1),end(vec3_1),out_iter3);cout << endl;string str("first,middle,last");//找到第一个逗号的位置。auto comma = find(str.cbegin(),str.cend(),',');//打印str.cbegin()到comma之间的内容。cout << string(str.cbegin(),comma) << endl;//反向找到第一个逗号的位置。auto rcomma = find(str.crbegin(),str.crend(),',');//rcomma.base()得到一个正向迭代器，从逗号开始读取字符到str.cend()。cout << string(rcomma.base(),str.cend()) <<endl;

五、算法结构和特定容器算法

1、迭代器类别：

2、特定容器算法：

    对于list和forward_list，应该优先使用成员函数版本的算法而不是通用算法。

#include <iostream>#include <algorithm>#include <list>#include <forward_list>using namespace std;using l_int = list<int>;using fl_int = forward_list<int>;int main(int argc, char const *argv[]){l_int lst1 = {1,2,3,4,4,5,6};l_int lst1_2 = {7,8,9};//merge：将lst1_2的元素合并到lst1。lst1.merge(lst1_2);//remove_if：给定条件下，删除某些元素，这里采用一元谓词来判断。lst1.remove_if([] (int i) { return i % 2 ; });//删除奇数元素。//reverse：反转容器中的元素。lst1.reverse();//sort：排序（默认升序）。lst1.sort();//unique：删除重复元素。lst1.unique();for (const auto s : lst1){cout << s << " ";}cout << endl;return 0;}