# STL（一）

### 1. string 容器

> string 也是字符串的类型，可以理解时它是用于存放字符的容器。

#### 1.1 String 和 c 风格字符串对比

```
1) char * 是一个指针，string 是一个类
2) string 封装了很多实用的成员方法
   查找 find，拷贝 copy，删除 delete 替换 replace，插入 insert
3) 不用考虑内存释放和越界
   string 管理 char*所分配的内存。每一次 string 的复制，取值都由 string 类负责维
护，不用担心复制越界和取值越界等。
```

#### 1.2 string 容器 api

```
// 构造函数
string();    //创建一个空的字符串 例如: string str;
string(const string& str);//使用一个 string 对象初始化另一个 string 对象
string(const char* s);//使用字符串 s 初始化
string(int n, char c); //使用 n 个字符 c 初始化

// 赋值
string& operator=(const char* s);//char*类型字符串 赋值给当前的字符串
string& operator=(const string &s);//把字符串 s 赋给当前的字符串
string& operator=(char c);//字符赋值给当前的字符串
string& assign(const char *s);//把字符串 s 赋给当前的字符串
string& assign(const char *s, int n); //把字符串 s 的前 n 个字符赋给当前的字
符串
string& assign(const string &s);//把字符串 s 赋给当前字符串
string& assign(int n, char c);//用 n 个字符 c 赋给当前字符串
string& assign(const string &s, int start, int n);//将 s 从 start 开始 n 个
字符赋值给字符串

// 取值
char& operator[](int n);//通过[]方式取字符
char& at(int n);//通过 at 方法获取字符


// 字符串拼接
string& operator+=(const string& str);//重载+=操作符
string& operator+=(const char* str);//重载+=操作符
string& operator+=(const char c);//重载+=操作符
string& append(const char *s);//把字符串 s 连接到当前字符串结尾
string& append(const char *s, int n);//把字符串 s 的前 n 个字符连接到当前字符串结尾
string& append(const string &s);  //同 operator+=()
string& append(const string &s, int pos, int n);//把字符串 s 中从 pos 的 n 个字符连接到当前字符串结尾
string& append(int n, char c);//在当前字符串结尾添加 n 个字符 c

// 查找与替换
int find(const string& str, int pos = 0) const; //查找 str 第一次出现位置, 从 pos 开始查找， 如果未查找到返回  -1
int find(const char* s, int pos = 0) const; //查找 s 第一次出现位置,从 pos 开始查找
int find(const char* s, int pos, int n) const; //从 pos 位置查找 s 的前 n个字符第一次位置
int find(const char c, int pos = 0) const; //查找字符 c 第一次出现位置
int rfind(const string& str, int pos = npos) const;//查找 str 最后一次位置,从 pos 开始查找
int rfind(const char* s, int pos = npos) const;//查找 s 最后一次出现位置, 从 pos 开始查找
int rfind(const char* s, int pos, int n) const;//从 pos 查找 s 的前 n 个字符最后一次位置
int rfind(const char c, int pos = 0) const; //查找字符 c 最后一次出现位置
string& replace(int pos, int n, const string& str); //替换从 pos 开始 n 个字符为字符串 str
string& replace(int pos, int n, const char* s); //替换从 pos 开始的 n 个字符为字符串 s

// 比较 ，返回值 0:相等， 1:大于s,  -1：小于s
int compare(const string &s) const;//与字符串 s 比较
int compare(const char *s) const;//与字符串 s

// 截取子字符串
string substr(int pos = 0, int n = npos) const;//返回由 pos 开始的 n 个字符组成的字符串

// 插入与删除
string& insert(int pos, const char* s); //插入字符串
string& insert(int pos, const string& str); //插入字符串
string& insert(int pos, int n, char c);//在指定位置插入 n 个字符 c
string& erase(int pos, int n = npos);//删除从pos 开始的 n 个

// 转成 char *
const char * c_str()  将当前字符串转成 char *

// 获取字符串的长度
int size();
```

### 2. vector 容器

#### 2.1 vector 与数组的区别

vector 的结构类同于数组，数组是静态的，在定义时确定的数组的大小；而 vector 是动态的，添加元素时如果空间不足时，则会自动扩容器（2^n）；整体来说，vector 比较灵活的，而且 vector 是类模板，可以存放任意类型的元素。

#### 2.2 vector 迭代器

> vector 维护一个线性空间(线性连续空间), vector 迭代器所需要的操作行为 是(\*,->, ++, --, +, -, +=, -=)运算符重载等。vector 支持随机存取，vector 提供的是随机访问迭代器(Random Access Iterator), 迭代器中的元素即为 vector 容器中的元素。

<font color=red>【重要说明】: vector 容器扩容之后，原迭代器则无效，需要重新获取获取器</font>

```
所谓动态增加大小，并不是在原空间之后续接新空间(因为无法保证原空间之后尚有可配置的空间)，而是一块更大的内存空间，然后将原数据拷贝新空间，并释放原空间。
因此，对 vector 的任何操作，一旦引起空间的重新配置，指向原vector的所有迭代器就都失效了。这是程序员容易犯的一个错误，务必小心。
```

#### 2.3 vector 容器 api

##### 3.3.1 构造函数

```
// 构造函数
vector<T> v;   //采用模板实现类实现，默认构造函数
vector(v.begin(), v.end());//将 v[begin(), end())区间中的元素拷贝给本身。
vector(n, elem);//构造函数将 n 个 elem 拷贝给本身。
vector(const vector &vec);//拷贝构造函
```

##### 3.3.2 赋值操作

```c++
assign(beg, end);//将[beg, end)区间中的数据拷贝赋值给本身。
assign(n, elem);//将 n 个 elem 拷贝赋值给本身。
vector& operator=(const vector &vec);//重载等号操作符
swap(vec);// 将 vec 与本身的元素互换
```

##### 3.3.3 大小操作

```c++
int size();   // 返回容器中元素的个数
bool empty();   //判断容器是否为空， 返回bool值（0， 1）
void resize(int num);  //重新指定容器的长度为 num，若容器变长，则以默认值填充新位置。如果容器变短，则末尾超出容器长度的元素被删除。
void resize(int num, elem);  //重新指定容器的长度为 num，若容器变长，则以 elem 值填充新位置。如果容器变短，则末尾超出容器长度的元素被删除。
int capacity();  //容器的容量
void reserve(int len);  //容器预留 len 个元素长度，预留位置不初始化，元素不可访问。
```

##### 3.3.4 存取操作

```c++
at(int idx);   //返回索引 idx 所指的数据，如果 idx 越界，抛出 out_of_range 异常。
operator[](int idx);  //返回索引 idx 所指的数据，越界时，运行直接报错
front();     //返回容器中第一个数据元素
back();      //返回容器中最后一个数据元素
```

##### 3.3.5 插入和删除

```c++
insert(const_iterator pos, int count, T ele); //迭代器指向位置 pos 插入 count个元素 ele.
push_back(ele); //尾部插入元素 ele
pop_back();//删除最后一个元素
erase(const_iterator start, const_iterator end); //删除迭代器从 start 到 end 之间的元素， 删除[start, end)区间的所有元素
erase(const_iterator pos);  //删除迭代器指向的元素
clear();   //删除容器中所有元素
```

#### 2.4 小技巧示例

##### 2.2.4.1 巧用 swap 收缩内存空间

> resize()+swap()实现 vector 收缩内存空间

```c++
resize(n);
vector<T>(v).swap(v);
```

### 3. deque 容器

#### 3.1 deque 基本概念

vector 容器是单向开口的连续内存空间，deque 则是一种双向开口的连续线性空间。

所谓的双向开口，意思是可以在头尾两端分别做元素的插入和删除操作，当然，vector 容器也可以在头尾两端插入元素，但是在其头部操作效率奇差，无法被接受。

qeque 容器和 vector 容器最大的差异：

```
1) 在于 deque 允许使用常数项时间对头端进行元素的插入和删除操作。
2) 在于 deque 没有容量的概念，因为它是动态的以分段连续空间组合而成，随时可以增加一段新的空间并链接起来。
3) deque 没有必须要提供所谓的空间保留(reserve)功能
4) 虽然deque容器也提供了 Random Access Iterator,但是它的迭代器并不是普通的指针，其复杂度和vector 不是一个量级，这当然影响各个运算的层面。因此，除非有必要，我们应该尽可能的使用vector，而不是deque。
5）对 deque 进行的排序操作，为了最高效率，可将 deque 先完整的复制到一个 vector 中，对 vector 容器进行排序，再复制回 deque。
```

#### 3.2 deque 实现原理

逻辑上，deque 容器是连续的空间, 是由一段一段的定量的连续空间构成。一旦有必要在 deque 前端或者尾端增加新的空间，便配置一段连续定量的空间，串接在 deque 的头端或者尾端。

deque 最大的工作就是维护这些分段连续的内存空间的整体性的假象，并提供随机存取的接口。

既然 deque 是分段连续内存空间，那么就必须有中央控制（map 实现的），维持整体连续的假象，数据结构的设计及迭代器的前进后退操作颇为繁琐。

中央控制： 连续小空间，由 map 实现，存放是地址，地址指向的另一个连续空间为缓冲区。

缓冲区：是 deque 的存储空间的主体。

#### 3.3 常用 API

##### 3.3.1 构造函数

```c++
deque<T> deqT;//默认构造形式
deque(beg, end);//构造函数将[beg, end)区间中的元素拷贝给本身。
deque(n, elem);//构造函数将 n 个 elem 拷贝给本身。
deque(const deque &deq);//拷贝构造函数。
```

##### 3.3.2 赋值操作

```c++
assign(beg, end);//将[beg, end)区间中的数据拷贝赋值给本身。
assign(n, elem);//将 n 个 elem 拷贝赋值给本身。
deque& operator=(const deque &deq); //重载等号运算符
swap(deq);// 将 deq 与本身的元素互换
```

##### 3.3.3 大小操作

```c++
deque.size();//返回容器中元素的个数
deque.empty();//判断容器是否为空
deque.resize(num);//重新指定容器的长度为 num,若容器变长，则以默认值填充新位置。如果容器变短，则末尾超出容器长度的元素被删除。
deque.resize(num, elem); //重新指定容器的长度为 num,若容器变长，则以 elem 值填充新位置,如果容器变短，则末尾超出容器长度的元素被删除。
```

##### 3.3.4 双端插入和删除

```c++
void push_back(elem);//在容器尾部添加一个数据
void push_front(elem);//在容器头部插入一个数据
void pop_back();//删除容器最后一个数据
void pop_front();//删除容器第一个数据
```

##### 3.3.5 数据存取

```c++
at(idx);//返回索引 idx 所指的数据，如果 idx 越界，抛出 out_of_range。
operator[]; //返回索引 idx 所指的数据，如果 idx 越界，不抛出异常，会直接出错。
front();//返回第一个数据。
back();//返回最后一个
```

如：operator[] 操作数据，超出范围之后，则会直接报错并不抛出异常

> 【注意】 string 泛型的 deque 默认分配 16 个， int 默认 128 个

##### 3.3.6 插入操作

```c++
void insert(iterator pos,T elem);//在 pos 位置插入一个 elem 元素的拷贝，返回新数据的位置。
void insert(iterator pos,int n,T elem);//在 pos 位置插入 n 个 elem 数据，无返回值。
void insert(iterator pos,iter_beg,iter_end);//在 pos 位置插入[beg,end)区间的数据，无返回值。
```

##### 3.3.7 删除操作

```c++
clear();//移除容器的所有数据
iterator erase(iterator beg,iterator end);//删除[beg,end)区间的数据，返回下一个数据的位置。
iterator erase(iterator pos);//删除 pos 位置的数据，返回下一个数据的位置。
```

### 4 stack 容器

#### 4.1 stack 基本概念

stack 是一种先进后出(First In Last Out,FILO)的数据结构，它只有一个出口，stack 容器允许新增元素、移除元素、取得栈顶元素，但是除了最顶端外，没有任何其他方法可以存取 stack 的其他元素。换言之，stack 不允许有遍历行为。

<img src="./E:/UserFiles/Videos/千锋物联网/第二阶段 C++语言/第二周/c++第九天课堂笔记.assets/image-20230803164259349.png" width=300>

#### 4.2 stack 没有迭代器

stack 所有元素的进出都必须符合”先进后出”的条件，只有 stack 顶端的元素，才有机会被外界取用。Stack 不提供遍历功能，也不提供迭代器。

#### 4.3 常用 API

##### 4.3.1 构造函数

```
stack<T> stkT;//stack 采用模板类实现， stack 对象的默认构造形式：
stack(const stack &stk);//拷贝构造函数
```

##### 4.3.2 赋值操作

```
stack& operator=(const stack &stk);//重载等号操作符
```

##### 4.3.3 数据存取

```c++
void push(elem);//向栈顶添加元素
void pop();//从栈顶移除第一个元素
T top();//返回栈顶元素
```

##### 4.3.4 大小操作

```
empty();//判断堆栈是否为空
size();//返回堆栈的大小
```

####

案例： 人员的淘汰方式（业绩从高到低、后入职）

```c++
#include <iostream>
#include <vector>
#include <stack>

using namespace std;
class Worker;
class Date
{
    friend Worker;
    friend ostream &operator<<(ostream &cout, Date &date)
    {
        cout << date.year << "年" << date.month << "月" << date.day << "日";
        return cout;
    }

private:
    int year;
    int month;
    int day;

public:
    Date(int year, int month, int day)
    {
        this->year = year;
        this->month = month;
        this->day = day;
    }
    bool operator>(Date &other)
    {
        // cout << *this << " pk " << other << endl;
        return year > other.year || (year == other.year && month > other.month) || (year == other.year && month == other.month && day > other.day);
    }
    bool operator<=(Date &other)
    {
        return year <= other.year && month <= other.month && day <= other.day;
    }
};
class Worker
{
public:
    string name;     // 姓名
    Date *hire_date; // 入职时间
    double volume;   // 业绩值

public:
    Worker(const string &name, Date *hire_date, double volume)
    {
        this->name = name;
        this->hire_date = hire_date;
        this->volume = volume;
    }
    Worker(const Worker &other)
    {
        Date *hire_date = new Date(other.hire_date->year, other.hire_date->month, other.hire_date->day);
        this->hire_date = hire_date;
        this->name = other.name;
        this->volume = other.volume;
    }
    Worker &operator=(const Worker &other)
    {
        this->hire_date->year = other.hire_date->year;
        this->hire_date->month = other.hire_date->month;
        this->hire_date->day = other.hire_date->day;
        this->name = other.name;
        this->volume = other.volume;
        return *this;
    }

    ~Worker()
    {
        if (hire_date)
            delete hire_date;
        hire_date = NULL;
    }

    void show()
    {
        cout << "name=" << name << ",hire_date=" << *hire_date << ",volume=" << volume << endl;
    }
};

void sortByHireDate(Worker *p, int size)
{
    for (int i = 0; i < size - 1; i++)
    {
        int min = i;
        for (int j = i + 1; j < size; j++)
        {
            if (*(p[min].hire_date) > *(p[j].hire_date))
            {
                min = j;
            }
        }
        if (min != i)
        {
            // cout << p[i].name << " 和 " << p[min].name << " 交换数据" << endl;
            Worker tmp = p[i]; // 拷贝构造函数
            p[i] = p[min];     // operator=重载
            p[min] = tmp;
        }
    }
}

void sortByVolume(Worker *p, int size)
{
    for (int i = 0; i < size - 1; i++)
    {
        int min = i;
        for (int j = i + 1; j < size; j++)
        {
            if (p[min].volume < p[j].volume)
            {
                min = j;
            }
        }
        if (min != i)
        {
            // cout << p[i].name << " 和 " << p[min].name << " 交换数据" << endl;
            Worker tmp = p[i]; // 拷贝构造函数
            p[i] = p[min];     // operator=重载
            p[min] = tmp;
        }
    }
}

int main(int argc, char const *argv[])
{
    Worker w1("disen", new Date(2020, 1, 15), 1000);
    Worker w2("jack", new Date(2021, 1, 15), 100);
    Worker w3("lucy", new Date(2020, 2, 15), 500);
    Worker w4("mack", new Date(2020, 3, 25), 300);
    Worker w5("judy", new Date(2022, 5, 18), 400);
    Worker w6("rose", new Date(2023, 1, 10), 1200);

    Worker m[] = {w1, w2, w3, w4, w5, w6};
    // sortByHireDate(m, 6);
    sortByVolume(m, 6);
    vector<Worker> v1(m, m + 6);
    stack<Worker> s1;
    vector<Worker>::iterator it = v1.begin();
    while (it != v1.end())
    {
        (*it).show();
        s1.push(*it);
        it++;
    }

    // 辞退2位新来的员工
    // cout << "-----辞退2位新来的员工----" << endl;
    cout << "-----业绩最差的2位员工----" << endl;
    for (int i = 0; i < 2; i++)
    {
        s1.top().show();
        s1.pop();
    }

    return 0;
}
```