STL & std

Standard Template Library

Standard    Template   Lirary

• 顧名思義，在 C++ 標準底下的一個程式庫
• C++ 強大的原因之一
• 幫你寫好很多強大的資料結構
• 其實不只會講 STL，也會講一點其他 std 底下的東西

在開始前，先講一下複雜度

• C++ 裡有東西叫 namespace，幫助識別函式/物件等
• 如果有很多函式都叫同一個名字，我們需要 namespace 協助辨別誰是誰，就這樣
• std 是 C++ 底下的一個 namespace
• 程式開始時要 using namespace std; 目的就是省掉每次都要打出識別碼 std 的麻煩，但開發專案請不要這麼用

迭代器

Iterator

• 傳統的指標有很大的問題是會不小心戳到範圍以外的東西
• 傳統指標過於基礎，操作困難
• 可能會讓人碰到一些不能碰的資料
• 如果結構不像陣列一樣是一直線就不能透過 +1 取得右邊的指標
• 迭代器的用意就是讓人在進行各種操作時可以免掉很多困擾

• 在 STL 中，通常在迭代器前面使用 * 就能取得某個資料的參考，這樣就能修改資料了
• 通常支援 ++ ， -- 要看情況， +n -n 也要看情況

pair

數對

• 不要懷疑，就是數對
• 包含兩個值, .first 和 .second
• 啊... 我要這個幹嘛？
  • 太常用到，所以 C++ 索性幫你寫好了
  • 有些東西的回傳或函式參數也會用到

• 使用前 #include <utility>
• pair<T1, T2> pair_name = {a, b};
  • T1: first 的型態
  • T2: second 的型態
  • = {a, b} 初始化，可有可無

Vector

更強大的陣列

• 在原先的 C 裡面，陣列的大小是不可變的，而且不會偵測 index 超過範圍的問題
• Vector 解決了這個問題

• 使用前 #include <vector>
• vector<T> vec_name(size);
  • T: 元素型態 (int, long long, string...)
  • vec_name: 陣列名稱

  • size: 可加可不加，初始化陣列大小

• 和陣列幾乎一樣
• 不能視作指標，它是一個物件，所以傳入函式通常會加參考

• .size(): 回傳 size_t (unsigned int)，表示陣列大小
• .resize(size, n): O(size), 重設陣列大小，還沒用到的部分初始化為 n
• .push_back(n): 從後面推入一個元素 n
• .pop_back(): 刪掉後面的一個元素 n
• .begin(): 回傳陣列的頭的迭代器，支援 ++, --, +n, -n 等
• .end(): 回傳陣列尾端 +1 的迭代器

• vector<int> vec(5);
• for(auto i = vec.begin(); i != vec.end(); i++)
  • auto 是讓編譯器自動幫你判斷型別
  • 在這裡是 std::vector<int>::iterator
  • 會讓一個迭代器 i 從 vec 的頭跑到尾
• 請利用 i 將 vec 裡面通通設成 48763

雙參數函式

Binary Function

• 我忘記在 algorithm 還是 functional 裡面了 反正都試試看 應該有一個是對的
• 你覺得它是幹嘛用的 它就是幹嘛用的 by 註解
• 回傳兩個值裡面比較大/小的那個
• 記得兩個變數的型態要是一樣的，不然會報錯

• 如果要比較的型別為 T，則用 greater<T>
• 實際上相當於 > 或 <
• 用函式包起來的版本
• 回傳 a 是否 > / < b
• 有時候要加 {}，有時候不用，就很神奇

隊列

Queue / Stack / Deque

• 排隊，人從後面進來，從前面出去
• 不可以插隊

• 使用前 #include<queue>
• 宣告：queue<T> q;
  • T: 資料類型
• .push(x): 從隊伍後面加入一個元素
• .front(): 回傳隊伍最前面的元素
• .pop(): 丟掉隊伍最前面的元素
• .empty(): 是否為空
• .size(): 隊列裡有幾個元素

• 不是電腦記憶體那個 stack
• 剛剛 queue 是先進先出，這是後進先出
• 有一疊書，因為書很重所以你只能從最上面拿，要疊也只能從最上面

• #include<stack>
• stack<T> st;
  • T: 資料型態
• .push(x): 推入一個資料 x
• .pop(): 從頂端刪除一個資料
• .top(): 取得頂端資料
• .empty(): 是否為空
• .size(): 裡面有幾個元素

ZJ c123

queue 的裸題 暫時想不到 待補

• 這東西發音和 deck 相同 不要念 de queue
• 雙端的隊列，可以從前面來前面走後面來後面走
• 支援隨機存取 []
• .push_front(x), .push_back(x)
• .pop_front(), pop_back()
• 常數比較大，但 stack, queue 底層實際上好像也都是用 deque 去做的(
• 但一般來講只用 queue 功能就用 queue，因為函式名比較簡單

Priority Queue

優先權佇列

圖源：807

• 平常做事，總是有優先順序吧
• 在定義事情的優先權後，Priority Queue 就可以自動幫你排你現在要做什麼
• 支援插入、刪除、取最優先的值

• 宣告 priority_queue<T> pq; 或 priority_queue<T, vector<T>, cmp> pq;
  • T: 資料類型
  • vector<T>: 底層容器，不用理它
  • cmp: 比較函式，預設是 less<T>，堆頂會是最大的值
• .push(x): O(log n), 加入一個值
• .top(): O(1), 取得目前優先權最大的值
• .pop(): O(log n), 刪除優先權最大的值

Set/Map

很難寫的東西

• 給你 n 個數對 (a, b)，接著 q 次對於每次給定 a，求 b 的值，保證 a 不重複
• 你可以開一個陣列，存 arr[a] = b
• a < 1e18 ?
• 顯然會爆掉吧
• 如果對於每個數列存 pair 到陣列，然後每筆詢問跑過整個陣列？
• n, q < 1e6，爛掉

• map 提供 key 對 value 在                  時間內存取的方法
• 原理等之後資料結構的課會講

• #include <map>

• map<_Key, _Mapped> mp_name;

  • _Key 是 key(索引值) 的型態

  • _Mapped 是對到的值的型態 

• .insert(pair<_Key, _Mapped> n)：插入一對關係，如果 _Key 已經存在會回傳{存在的迭代器, false} 表示插入失敗，否則回傳{新元素的迭代器, true}

• .erase(_Key k)：刪除以 k 為 key 的鍵

• .find(_Key k)：找以 k，找不到回傳 .end()

• .lower_bound(_Key k)：回傳 >=k 的最小元素的迭代器

：覺得太難用嗎

：其實你可以用 [] 代替很多東西

：如果找不到 [] 裡的 key，會插入一個 key

只用於查找一個元素是否存在

基本上用法和 map 類似，但沒有 []

常用演算法

當然，大部分東西還是要自己寫

#include <algorithm>

• 不用想也知道，對數列排序是一個還滿常用的功能
• std 的 algorithm 就寫好了，而且跑得飛快
• 最佳 O(n), 平均 O(n log n), 最差                       (據說) 
• sort(arr, arr+n, cmp);
  • arr 要排序的陣列指標頭 / 迭代器
  • n 要排的長度
  • cmp 比較函式，可有可無，預設是 std::less

• 內建的二分搜(之後會講)，用來搜尋已排序好陣列中 >= 目標的值，回傳一個迭代器
• O(log n)
• lower_bound(arr, arr+n, k, cmp)
  • 搜尋的頭(指標或迭代器)
  • k 目標
  • cmp 比較函式
• upper_bound 是回傳嚴格大於的值
• map 還有 set 都是用特別的.lower_bound，功能一樣但是因為資料結構不同所以必須用特別的函式

2

• 對於一個已排序好的陣列，刪除相同的值
• 返回新的 指標 / 迭代器
• unique(arr, arr + n);
  • arr: 陣列頭
  • n: 原陣列大小