因网络上 STL 教程大多零散且缺乏严谨性,本文对算法竞赛所需 C++ Standard Library 做了一个较为全面的总结。
全文主要参考以下文档:
如有能力,阅读原文可获得更深入的了解。
均在 #include<algorithm>
定义。
-
std::sort(first,last,cmp)
排序为不降序列。
接受随机访问迭代器。可自定义比较函数。
平均时间复杂度
,C++11 后严格 。 -
std::stable_sort(first,last,cmp)
排序为不降序列,且保持相等元素的顺序。
-
std::lower_bound(first,last,val,cmp)
返回指向首个不小于
val
的元素的迭代器,如无,返回last
。要求小于
val
的值和大于等于val
的值分居区间两侧。可自定义比较函数。若迭代器支持随机访问,对数时间复杂度,否则为线性。
-
std::upper_bound(first,last,val,cmp)
返回指向首个大于
val
的元素的迭代器,如无,返回last
。 -
std::unique(first,last,cmp)
保留区间中所有连续等值区间的首个元素组成新序列,返回处理后序列的尾迭代器。
接受前向迭代器,可自定义判断相等的函数。
线性时间复杂度。
注:C++11 新引入的容器,大部分头文件名与容器名一致。
-
pair
#include<utility>
:元素对。 -
tuple
(C++11) :元组。 -
bitset
#include<bitset>
:定长压缩 01 串,可在 的时空复杂度内完成常见运算, 对应操作系统位数。 -
string
#include<string>
:字符串。
-
operator=
:重载了赋值运算符用于拷贝。 -
first
/second
:访问第一项或第二项。 -
std::make_pair(a,b)
:新建元素对,自动检测类型。 -
operator<=>
:重载了各种比较运算符,按第一关键字、第二关键字顺序比较。
-
operator=
:重载了赋值运算符用于拷贝。 -
std::get<i>(tp)
:获取元组的第 i 项。 -
std::get<T>(tp)
:获取元组中类型为 T 的项。 -
std::make_tuple(a,b,c,...)
:新建元组,自动检测类型。 -
operator<=>
:重载比较运算符,同样是顺序关键字比较。 …
与 vector
类似。其余重要特性如下:
-
c_str()
:生成一个 C 风格字符串(尾部置 0)并返回其头部指针。 -
length()
:size()
的同义函数。 -
append(str)
:后方追加字符串,返回*this
。 -
append(first, last)
:区间插入版本。 -
operator+
:连接两个字符串。 -
compare(str)
:字典序比较。返回一个int
,用<0
/==0
/>0
判断该字符串小于 / 等于 / 大于参数字符串。 -
operator<=>
:字典序比较的运算符重载。 -
substr(pos=0, count)
:返回[pos, min(pos+count, size()))
的子串。时间复杂度与count
成线性。 -
pop_back()
(C++11) -
find(str)
/rfind(str)
/find_first_of(c)
/find_first_not_of(c)
/find_last_of(c)
/find_last_not_of(c)
:找字符串或字符,返回位置。若无,返回npos=-1
。无时间复杂度保证,不建议使用。
bitset<N> bs(val / str)
:声明一个长度为 N 的 bitset
并设定初值。
-
& / ! / ^ / ~ / >> / <<
:支持 AND / OR / XOR / NOT / 右移 / 左移等位运算系列。 -
operator==
:判断两个bitset
是否相同。 -
test(idx) / operator[idx]
:前者会做越界检查,抛出异常。 size()
-
count()
:返回 1 的个数。 -
all()
(C++11) :检查是否全为 1。 -
any() / none()
:检查是否存在 1 / 没有 1。 -
set() / reset()
:所有位赋 1 / 0。 -
flip()
:翻转 0 / 1。
以下部分均为 STL 容器相关内容。
声明:形如 vector<int>::iterator iter = xxx.begin()
。C++11 后可用 auto
代替类型声明。
*iter
取值,iter++
后继。
双向迭代器可 iter--
,随机访问迭代器支持加减、比较运算。
-
begin()
,end()
:返回迭代器。end()
常作为 NULL 使用。 -
cbegin()
,cend()
(C++11) :部分容器支持,返回只读迭代器。 -
rbegin()
,rend()
:部分容器支持,返回反向迭代器。 -
crbegin()
,crend()
:部分容器支持,返回只读反向迭代器。
-
operator=
:重载了赋值运算符用于拷贝。 -
empty()
:返回容器是否为空,即v.begin() == v.end()
。 -
size()
:返回容器内元素个数。 -
clear()
:清空容器。
序列式容器:
-
array
(C++11) :定长顺序表,常数随机访问。 -
vector
#include<vector>
:顺序表,常数后段插入,常数随机访问。 -
deque
#include<deque>
:顺序表,常数双端插入,常数随机访问。 -
list
#include<list>
:链表,常数插入删除,双向迭代器。-
forward_list
(C++11) :单向版本。
-
容器适配器(均不支持迭代器):
-
queue
#include<queue>
:队列(FIFO)。适配双向变长序列式容器,即deque
(默认)或list
。 -
stack
#include<stack>
:栈(LIFO)。适配变长序列式容器,即deque
(默认)、vector
或list
。 -
priority_queue
#include<queue>
:大根堆。适配随机访问变长序列式容器,即vector
(默认)或deque
。
Find:
crbegin()
-
at(idx)
/operator[idx]
:前者会做越界检查,抛出异常。 -
front()
,back()
:返回首尾元素引用。
Modify:
-
push_back(x)
/pop_back()
:均摊常数复杂度。 -
insert(iter, val)
:于迭代器iter
处插入,返回指向被插入元素的迭代器。insert(iter, first, last)
:左闭右开区间插入,返回指向首个被插入元素的迭代器。 注意,此操作非常数时间复杂度。 -
erase(iter)
:于迭代器iter
处删除,返回指向被删除元素的后一个元素的迭代器。erase(first, last)
:左闭右开区间删除,返回指向被删除元素的后一个元素的迭代器。 注意,此操作非常数时间复杂度。
Size:
-
resize(n)
:改变长度,可指定补充元素默认值。 -
shrink_to_fit()
:调整为恰好长度。
vector<bool>
被特殊定义,使用方式较为复杂,不建议使用。
-
push_front(x)
,pop_front()
其余与 vector
类似。
top()
push(x)
pop()
front()
push(x)
pop()
std::priority_queue<TypeName, Container, Compare>
:类型名,底层容器,比较类型。
大根堆,默认用 <
比较大小,即 Compare
传入 std::less<T>
。亦可选择传入 std::greater<T>
使用 >
作为比较符号,进而构造出小根堆。
函数同 queue
,但 push() / pop()
为对数时间复杂度。
参照 std::less<T>
的实现,自定义比较方式,需传入一个重载了 operator()
的结构体。
- 无随机访问接口。
-
insert(iter, val)
/erase(iter)
:插入与删除变为常数时间复杂度,参见vector
。 -
sort(cmp)
:为链表特殊设计的 稳定排序算法。
其余与 deque
类似。
不支持随机访问,双向迭代器,大部分操作为对数时间复杂度,红黑树实现。
-
set
/multiset
#include<set>
:元素有序。后者支持同值多元素。 -
map
/multimap
#include<map>
:键有序。后者支持同键值多元素。
set<Key, Compare>
:类似 priority_queue
,可自定义比较方式。
Find:
crbegin()
-
count(x)
:返回值为x
的元素数量。 -
lower_bound(x)
/upper_bound(x)
:为set
特殊定制的对数时间复杂度lower_bound
和upper_bound
。
没有 nth_element()
,对数时间复杂度查询第 k 大需手写或使用 pbds 库。
Modify:
-
insert(x)
:插入元素 x。返回pair<iterator, bool>
,表示插入元素的迭代器与插入是否成功。 对于multiset
,由于插入不会失败,insert
只返回迭代器。 -
erase(x)
:删除所有值为 x 的元素,返回删除元素的个数。erase(iter)
:删除迭代器指向的元素,(C++11) 返回指向被删除元素的后一个元素的迭代器。erase(first, last)
:左闭右开区间删除,(C++11) 返回指向被删除元素的后一个元素的迭代器。
删除单个值为 x 的元素,可按如下方法进行:
map<Key, T, Compare>
:可自定义比较方式。
- 对迭代器解引用得到
pair<Key, T>
。 insert(pair<Key, T>)
-
at[key]
/operator[key]
:前者会做越界检查,抛出异常。
其余与 set
类似。
单向迭代器,平均常数时间复杂度,Hash 实现。
若不支持 c++11,使用时需引入 TR1 扩展。例如,使用 unordered_map
需引入 #include<tr1/unordered_map>
头文件,使用时需写为 std::tr1::unordered_map
。
-
unordered_set
/unordered_multiset
#include<unordered_set>
:元素无序。 -
unorderep_map
/unordered_multimap
#include<unordered_map>
:键无序。
只有单向迭代器,其余特性与有序版本类似。
此外,可按如下方法自定义相等判定方式和 Hash 函数。
unordered_set<Key, Hash, KeyEqual>
unordered_map<Key, T, Hash, KeyEqual>
如上,可自定义 Hash 函数。