C++（CPP）的部分高级特性

一、STL

STL（Standard Template Library），名为标准模板库，是C++标准库的一部分，故不需要单独安装。

提出STL的主要目的就是将数据结构、操作与算法分离，并提供常见的数据结构、操作与算法，简化开发流程。

STL由容器、算法、迭代器、函数对象（仿函数）、适配器与内存分配器这6部分组成。这6部分中的后面4部分为容器和算法服务。

名称	功能
容器	封装了数据结构的模板类。例如vector。
算法	大部分包含在头文件，少部分包含在头文件中。
迭代器	提供对容器的读与写的功能，连接容器与算法。
函数对象	若一个类将()运算符重载为成员函数，那么这个类就被称为函数对象类，这个类的对象就是函数对象（仿函数）。
适配器	将一个类的接口（模板的参数）适配为用户的指定形式，从而让原本不能衔接的类衔接成功来一起工作。容器、迭代器和函数都有适配器。
内存分配器	为容器类模板提供自定义的内存申请和释放功能。

STL不是面向对象的，而是体现了泛型程序设计的思想。

常见的容器如下：

（一）vector（可变长数组）

1.vector对象的定义与初始化方式

用法	功能
vector v1	定义一个名为v1，元素类型为T的空vector
vector v2(v1) 或 vector v2 = v1	用v2中的元素初始化v1
vector v3(n, val)	v3中包含n个值为val的元素
vector v4(n)	v3中包含了n个默认值初始化的元素
vector v5{a, b, c...}	使用 a, b, c... 初始化 v5
vector> matrix(M,vector(N));	二维数组初始化

2.常用操作

用法	功能
v.empty()	如果v为空则返回true，否则返回false
v.size()	返回v中元素的个数
v.push_back(val)	向vector的尾端添加值为val的元素。
v.pop_back(val)	删除尾元素，返回void。
v.back()	返回v中最后一个元素的引用。
v.front()	返回v中第一个元素的引用。
v[n]	返回v中第n个位置上元素的引用，不能用下标操作添加元素。
v1 = v2	用v2中的元素替换v1中的元素
v1 = {a, b, c...}	用元素 {a, b, c...} 替换v1中的元素
v1 == v2	当且仅当拥有相同数量且相同位置上值相同的元素时，v1与v2相等。
v1 != v2	不满足相等就是不等。
<, <=, >, >=	以字典序进行比较。

 

3.vector中迭代器的使用

若将指针理解为元素的地址，那么迭代器可以理解为元素的索引。

迭代器提供了对容器的间接访问。

一个迭代器的范围可表示为[a.begin()，a.end())。begin返回指向第一个元素的迭代器，end返回指向容器最后一个元素的下一位置的迭代器。迭代器的范围对于访问容器二言是一个左闭右开区间。

下面程序展示了vector的迭代器的用法。

#include 
#include 
 
int main(void)
{
    std:: vector< int > a{1,2,3,4,5};
    auto it = a.begin();  
    while(it != a.end())
    {
        std::cout << *it << std:: endl;
        it++;
    }
    return 0;
}

结果：

函数	功能
begin()	获得指向第一个元素的迭代器。
end()	获得指向尾元素后面位置的迭代器。
insert(p,n,val)	在迭代器p前插入n个值为val的元素，返回新添加的第一个元素的迭代器。
erase(p)	删除迭代器p指向的元素，返回指向被删除元素的下一个元素的迭代器。
erase(b,e)	删除迭代器b与迭代器e间的所有元素，返回指向最后一个被删除元素的下一个元素的迭代器。

4.vector的排序操作（需要加入头文件）

函数	功能
sort(a.begin()， a.end()，比较函数[可选])	按输入序列的字典序升序排序，原位操作，无返回值。
unique(a.begin()， a.end())	消除输入序列的相邻的重复项，返回一个指向无重复值范围末尾的迭代器。
reverse(a.begin()， a.end())	将输入序列按照下标逆序排列，原位操作，无返回值。

5.vector的找值操作（需要加入头文件）

函数	功能
max_element(a.begin()， a.end())	返回指定范围内的最大值的迭代器。
min_element(a.begin()， a.end())	返回指定范围内的最小值的迭代器。
distance(x，y)	返回迭代器x与迭代器y间的距离。

6. vector的变形操作

函数	功能
v.resize(n,t)	调整v的大小为n个元素，新添加的元素初始化为t值。

（二）map（有序关联容器）

map提供一对一的哈希。

map中的每个元素有两个属性，第一个是关键字(key)，第二个是值(value)，每个关键字只能在map中出现一次，且每个关键字都关联一个值，组成了键-值对。map的内部实现是一颗红黑树。

1.定义map对象

用法	功能
map name	定义一个名为name的map，其键类型为k_type，值类型为value_type。

2.常用操作（部分函数在中）

函数	功能
begin()	返回指向map头部的迭代器。
end()	返回指向map末尾的迭代器。
empty()	如果map为空则返回true。
clear()	删除所有元素。
size()	返回map中元素的个数。
rbegin()	返回一个指向map尾部的逆向迭代器。
rend()	返回一个指向map头部的逆向迭代器。
swap()	交换 2 个 map 容器中存储的键值对，这意味着，操作的 2 个键值对的类型必须相同。
find(key)	在 map 容器中查找键为 key 的键值对，如果成功找到，则返回指向该键值对的双向迭代器；反之，则返回和 end() 方法一样的迭代器。另外，如果 map 容器用 const 限定，则该方法返回的是 const 类型的双向迭代器。
lower_bound(key)	返回一个指向当前 map 容器中第一个大于或等于 key 的键值对的双向迭代器。如果 map 容器用 const 限定，则该方法返回的是 const 类型的双向迭代器。
upper_bound(key)	返回一个指向当前 map 容器中第一个大于 key 的键值对的迭代器。如果 map 容器用 const 限定，则该方法返回的是 const 类型的双向迭代器。
equal_range(key)	该方法返回一个 pair 对象（包含 2 个双向迭代器），其中 pair.first 和 lower_bound() 方法的返回值等价，pair.second 和 upper_bound() 方法的返回值等价。也就是说，该方法将返回一个范围，该范围中包含的键为 key 的键值对（map 容器键值对唯一，因此该范围最多包含一个键值对）。
count(key)	在当前 map 容器中，查找键为 key 的键值对的个数并返回。注意，由于 map 容器中各键值对的键的值是唯一的，因此该函数的返回值最大为 1。
at(key)	找到 map 容器中 key 键对应的值，如果找不到，该函数会引发 out_of_range 异常。

3.在map中插入元素 

方法	功能
insert(pair(key_content, value_content))	向map中插入键为key_content、值为value_content的键值对。
emplace(key_content, value_content)	向map中插入键值对。
name[key_content]=value_content	用类似索引的方式插入

二、auto

该关键字的功能就是，根据后面的值来推测前面的类型是什么。

注意点：

1. 用auto声明的变量必须初始化。
2. 函数和模板参数不能被声明为auto。
3. auto仅仅是一个占位符，不是一种类型，所以不能用于类型转换、sizeof()、typeid()等操作。
4. 定义在一个auto序列的变量始终推导成同一类型。

三、内存管理

（一）std::shared_ptr（引用计数智能指针）

使用一个共享变量来记录指针管理的对象被引用了几次。当引用计数为0时，说明该对象没有被引用，自动回收内存。

用std::make_shared创建。

（二）std::unique_ptr（表示所有权的智能指针）

该指针要求它管理的对象只能有一次引用，当引用计数为0时，自动回收内存。

用std::make_unique创建。

参考资料：

 [1]C++之STL（标准模板库）介绍_vector::_m_range_check-CSDN博客 

 [2]C++ 数组（vector）常用操作总结_vector操作-CSDN博客

 [3]C++ map用法总结（整理）_c++map用法-CSDN博客

 [4]C++ STL map容器详解 (biancheng.net) 

 [5]C++ 介绍 - USTC 编译原理和技术 2023 (ustc-compiler-principles.github.io)