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从零开始学C++之STL（七）：剩下5种算法代码分析与使用示例（remove 、rotate 、sort、lower_bound、accumulate）...
阅读量：5950 次
发布时间：2019-06-19

本文共 8895 字，大约阅读时间需要 29 分钟。

一、移除性算法 （remove）

 

 C++ Code 
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// TEMPLATE FUNCTION remove_copy
template < 
class _InIt,
         
class _OutIt,
         
class _Ty > 
inline
_OutIt _Remove_copy(_InIt _First, _InIt _Last,
                    _OutIt _Dest, 
const _Ty &_Val, _Range_checked_iterator_tag)
{
    
// copy omitting each matching _Val
    _DEBUG_RANGE(_First, _Last);
    _DEBUG_POINTER(_Dest);
    
for (; _First != _Last; ++_First)
        
if (!(*_First == _Val))
            *_Dest++ = *_First;
    
return (_Dest);
}
template < 
class _InIt,
         
class _OutIt,
         
class _Ty > 
inline
_OutIt unchecked_remove_copy(_InIt _First, _InIt _Last,
                             _OutIt _Dest, 
const _Ty &_Val)
{
    
// copy omitting each matching _Val
    
return _STD _Remove_copy(_CHECKED_BASE(_First), _CHECKED_BASE(_Last), _Dest, _Val,
                             _STD _Range_checked_iterator_tag());
}
// TEMPLATE FUNCTION remove
template < 
class _FwdIt,
         
class _Ty > 
inline
_FwdIt remove(_FwdIt _First, _FwdIt _Last, 
const _Ty &_Val)
{
    
// remove each matching _Val
    _First = find(_First, _Last, _Val);
    
if (_First == _Last)
        
return (_First);    
// empty sequence, all done
    
else
    {
        
// nonempty sequence, worth doing
        _FwdIt _First1 = _First;
        
return (_STDEXT unchecked_remove_copy(++_First1, _Last, _First, _Val));
    }
}

 

 

如下图所示：

假设现在想要remove 的元素是3，则传入到 _Remove_copy 函数的3个参数如上图第一行所示，Val 即3。

接着遍历First ~ Last 区间的元素，将非移除元素拷贝到前面，覆盖前面的元素，最后的指向如图，函数返回的是Dest 位置，如下代

码所示：

for (; _First != _Last; ++_First)

 if (!(*_First == _Val))


            *_Dest++ = *_First;

由上图可看出移除性算法并没有改变元素的个数，如果要真正删除，可以将remove 的返回值传入erase 进行删除，如：

v.erase(remove(v.begin(), v.end(), 3), v.end()); 即会将后面两个元素4 和 5 删除掉。

示例代码1：

 

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#include <iostream>
#include <vector>
#include <list>
#include <algorithm>
using 
namespace std;
void print_element(
int n)
{
    cout << n << 
' ';
}
int main(
void)
{
    
int a[] = { 
1, 
3, 
2, 
3, 
4, 
5 };
    vector<
int> v(a, a + 
6);
    for_each(v.begin(), v.end(), print_element);
    cout << endl;
    
/*remove(v.begin(), v.end(), 3);
    for_each(v.begin(), v.end(), print_element);
    cout<<endl;*/
    v.erase(remove(v.begin(), v.end(), 
3), v.end());
    for_each(v.begin(), v.end(), print_element);
    cout << endl;
    
return 
0;
}

 

 

二、变序性算法（ rotate）

 

 C++ Code 
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template<
class _FwdIt> 
inline
void rotate(_FwdIt _First, _FwdIt _Mid, _FwdIt _Last)
{
    
// rotate [_First, _Last)
    
if (_First != _Mid && _Mid != _Last)
        _Rotate(_CHECKED_BASE(_First), _CHECKED_BASE(_Mid), _CHECKED_BASE(_Last), _Iter_cat(_First));
}

 

rotate 调用了_Rotate，实际上_Rotate 继续调用了某个函数，内部实现代码比较长，而且不容易看懂，这边可以看一下简易的等价

版本实现，来自，如下：

 

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template <
class ForwardIterator>
void rotate (ForwardIterator first, ForwardIterator middle,
             ForwardIterator last)
{
    ForwardIterator next = middle;
    
while (first != next)
    {
        swap (*first++, *next++);
        
if (next == last) next = middle;
        
else 
if (first == middle) middle = next;
    }
}

 

 

假设一个容器有 1 2 3 4 5 6 六个元素，现在想把 1 2 放到后面去，可以这样写 rotate(v.begin(), v.begin()+2, v.end());  如下图所示：

即将first 与 next 对应的元素互换且不断向前推进，直到first == next 为止。

三、排序算法 （sort）

 

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template<
class _RanIt> 
inline
void sort(_RanIt _First, _RanIt _Last)
{
    
// order [_First, _Last), using operator<
    _DEBUG_RANGE(_First, _Last);
    std::_Sort(_CHECKED_BASE(_First), _CHECKED_BASE(_Last), _Last - _First);
}
template < 
class _RanIt,
         
class _Pr > 
inline
void sort(_RanIt _First, _RanIt _Last, _Pr _Pred)
{
    
// order [_First, _Last), using _Pred
    _DEBUG_RANGE(_First, _Last);
    _DEBUG_POINTER(_Pred);
    std::_Sort(_CHECKED_BASE(_First), _CHECKED_BASE(_Last), _Last - _First, _Pred);
}

 

 

sort 重载了两个版本，第一个版本只有2个参数，默认按从小到大排序（using operator<)；第二个版本有三个参数，即可以自定义比较逻辑

（_Pred）。它们都调用了标准库的std::_Sort， 跟踪进去发现比较复杂，在_Sort 内会根据一些条件选择不同的排序方式，如标准库的堆排序，合并

排序，插入排序等等。站在使用的角度看，没必要去深究，但如果是想学习相关的排序，那是很好的资源。

示例代码2：

 

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#include <iostream>
#include <vector>
#include <list>
#include <algorithm>
using 
namespace std;
void print_element(
int n)
{
    cout << n << 
' ';
}
bool my_greater(
int a, 
int b)
{
    
return a > b;
}
int main(
void)
{
    
int a[] = { 
1, 
2, 
3, 
4, 
5, 
6 };
    vector<
int> v(a, a + 
6);
    for_each(v.begin(), v.end(), print_element);
    cout << endl;
    rotate(v.begin(), v.begin() + 
2, v.end());
    for_each(v.begin(), v.end(), print_element);
    cout << endl;
    sort(v.begin(), v.end());
    for_each(v.begin(), v.end(), print_element);
    cout << endl;
    sort(v.begin(), v.end(), my_greater);
    for_each(v.begin(), v.end(), print_element);
    cout << endl;
    
return 
0;
}

 

 

四、已序区间算法 （lower_bound 、upper_bound）

使用这些算法的前提是区间已经是有序的。

 

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// TEMPLATE FUNCTION lower_bound
template < 
class _FwdIt,
         
class _Ty,
         
class _Diff > 
inline
_FwdIt _Lower_bound(_FwdIt _First, _FwdIt _Last, 
const _Ty &_Val, _Diff *)
{
    
// find first element not before _Val, using operator<
    _DEBUG_ORDER_SINGLE(_First, _Last, 
true);
    _Diff _Count = 
0;
    _Distance(_First, _Last, _Count);
    
for (; 
0 < _Count; )
    {
        
// divide and conquer, find half that contains answer
        _Diff _Count2 = _Count / 
2;
        _FwdIt _Mid = _First;
        std::advance(_Mid, _Count2);
        _DEBUG_ORDER_SINGLE(_Mid, _Last, 
false);
        
if (_DEBUG_LT(*_Mid, _Val))
            _First = ++_Mid, _Count -= _Count2 + 
1;
        
else
            _Count = _Count2;
    }
    
return (_First);
}
template < 
class _FwdIt,
         
class _Ty > 
inline
_FwdIt lower_bound(_FwdIt _First, _FwdIt _Last, 
const _Ty &_Val)
{
    
// find first element not before _Val, using operator<
    _ASSIGN_FROM_BASE(_First,
                      _Lower_bound(_CHECKED_BASE(_First), _CHECKED_BASE(_Last), _Val, _Dist_type(_First)));
    
return _First;
}

 

 

lower_bound() 返回第一个“大于等于给定值" 的元素位置，其实还重载了另一个low_bound 版本，如下：

 

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// TEMPLATE FUNCTION lower_bound WITH PRED
template < 
class _FwdIt,
         
class _Ty,
         
class _Diff,
         
class _Pr > 
inline
_FwdIt _Lower_bound(_FwdIt _First, _FwdIt _Last,
                    
const _Ty &_Val, _Pr _Pred, _Diff *)

 

 

也就是可以自定义比较逻辑，需要注意的是如果使用这个版本，那么区间应该本来就是按comp 方法排序的，如下面这句话：

The elements are compared using operator< for the first version, and comp for the second. The elements in the range shall already

 be  according to this same criterion (operator< or comp), or at least  with respect to val.

由于是已序区间，所以函数内用的是二分查找，而两个版本主要的代码不同在于：

_DEBUG_LT(*_Mid, _Val)

_DEBUG_LT_PRED(_Pred, *_Mid, _Val)

upper_bound 与 lower_bound 类似，不过返回的是第一个”大于给定值“ 的元素位置。

示例代码3：

 

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#include <iostream>
#include <vector>
#include <list>
#include <algorithm>
using 
namespace std;
void print_element(
int n)
{
    cout << n << 
' ';
}
int main(
void)
{
    
int a[] = { 
1, 
10, 
10, 
14, 
15, 
16 };
    vector<
int> v(a, a + 
6);
    for_each(v.begin(), v.end(), print_element);
    cout << endl;
    vector<
int>::iterator it;
    it = lower_bound(v.begin(), v.end(), 
10);
    
if (it != v.end())
    {
        cout << it - v.begin() << endl;
    }
    it = upper_bound(v.begin(), v.end(), 
10);
    
if (it != v.end())
    {
        cout << it - v.begin() << endl;
    }
    
return 
0;
}

 

 

五、数值算法（accumulate）

 

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// TEMPLATE FUNCTION accumulate
template < 
class _InIt,
         
class _Ty > 
inline
_Ty _Accumulate(_InIt _First, _InIt _Last, _Ty _Val)
{
    
// return sum of _Val and all in [_First, _Last)
    _DEBUG_RANGE(_First, _Last);
    
for (; _First != _Last; ++_First)
        _Val = _Val + *_First;
    
return (_Val);
}
template < 
class _InIt,
         
class _Ty > 
inline
_Ty accumulate(_InIt _First, _InIt _Last, _Ty _Val)
{
    
// return sum of _Val and all in [_First, _Last)
    
return _Accumulate(_CHECKED_BASE(_First), _CHECKED_BASE(_Last), _Val);
}
// TEMPLATE FUNCTION accumulate WITH BINOP
template < 
class _InIt,
         
class _Ty,
         
class _Fn2 > 
inline
_Ty _Accumulate(_InIt _First, _InIt _Last, _Ty _Val, _Fn2 _Func)
{
    
// return sum of _Val and all in [_First, _Last), using _Func
    _DEBUG_RANGE(_First, _Last);
    _DEBUG_POINTER(_Func);
    
for (; _First != _Last; ++_First)
        _Val = _Func(_Val, *_First);
    
return (_Val);
}
template < 
class _InIt,
         
class _Ty,
         
class _Fn2 > 
inline
_Ty accumulate(_InIt _First, _InIt _Last, _Ty _Val, _Fn2 _Func)
{
    
// return sum of _Val and all in [_First, _Last), using _Func
    
return _Accumulate(_CHECKED_BASE(_First), _CHECKED_BASE(_Last), _Val, _Func);
}

 

accumulate 重载了两个版本，第一个版本实现的是累加，第二个版本带_Func 参数，可以自定义计算，比如累乘等。代码都比较好理解，就不赘述

了。看下面的示例代码4：

 

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#include <iostream>
#include <vector>
#include <list>
#include <algorithm>
#include <numeric>
using 
namespace std;
void print_element(
int n)
{
    cout << n << 
' ';
}
int mult(
int a, 
int b)
{
    
return a * b;
}
int main(
void)
{
    
int a[] = { 
1, 
2, 
3, 
4, 
5 };
    vector<
int> v(a, a + 
5);
    for_each(v.begin(), v.end(), print_element);
    cout << endl;
    
// 累加
    cout << accumulate(v.begin(), v.end(), 
0) << endl;
    
// 累乘
    cout << accumulate(v.begin(), v.end(), 
1, mult) << endl;
    
return 
0;
}

 

 

 

参考：

C++ primer 第四版

Effective C++ 3rd
C++编程规范

 

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