簡單談談C++ 頭文件系列之(algorithm)

簡介

algorithm頭文件是C++的標準算法庫，它主要應用在容器上。 因為所有的算法都是通過迭代器進行操作的，所以算法的運算實際上是和具體的數據結構相分離的 ，也就是說，具有低耦合性。 因此，任何數據結構都能使用這套算法庫，只要它具有相應的迭代器類型。

算法類別

如上圖所示，庫中的算法主要分為4類：

1. 非修改性順序操作（Non-modifying sequence operations）
2. 可變順序操作（Mutating sequence operations）
3. 排序和關系操作（Sorting and related operations）
4. C庫算法（C library algorithms）

用過這個算法庫的人都知道，里面的很多算法都是成對出現的，一個概念的算法經常有多個版本:

• in-place version: 普通版本，直接操作對迭代器進行操作。
• copying version: 拷貝版本，需要傳入輸出迭代器作為拷貝的destination。 該版本一般帶有copy字樣。
• predicate version: 謂詞版本，需要傳入謂詞作為判斷的標準。 該版本一般帶有if字樣。

Non-modifying sequence operations

• all_of ： 判斷是否范圍內的所有元素都滿足條件。
• any_of ： 判斷是否范圍內的所有元素中有一個滿足條件。
• none_of ： 判斷是否范圍內的所有元素中沒有一個滿足條件。
• for_each ： 對指定范圍內的每一個元素進行指定的操作。
• find、find_if、find_if_not ： 在指定范圍中查找滿足某個條件（值相等、條件滿足、條件不滿足）的元素。
• find_end ： 在指定序列中查找最后一個相等（或滿足謂詞條件）子序列。
• find_first_of ： 在指定序列中查找第一個出現在另一個序列中（或滿足謂詞條件）的元素。
• adjacent_find ： 在指定序列中查找第一個相等（值相等、滿足條件）的元素對（2個元素）。
• count、count_if ： 對制定序列中的滿足條件（值相等、滿足條件）的元素進行計數。
• mismatch ： 給定兩個元素序列，返回第一個不匹配（值不相等、不滿足條件）的元素位置，以一個迭代器對指出。
• equal ： 判斷兩個序列是否相等（值相等、滿足謂詞條件）。
• is_permutation ： 判斷是否一個序列是另一個序列的排列，即只有排列方式不相等（值不相等、不滿足謂詞條件）。
• search、search_n ： 在給定序列中查找子序列或者n個重復的元素序列。

Mutating sequence operations

• copy、copy_n、copy_if、copy_backward ： 拷貝序列、拷貝序列中前n個元素、拷貝序列中滿足條件的、從后往前拷貝序列。
• move、move_backward ： 移動序列、從后往前移動序列（移動后，任然可以對源序列進行操作，但元素值是未指定的）。
• swap、iter_swap ： 逐元素交換序列、交換兩個序列。
• transform ： 對一個 序列進行變換并輸出、對兩個序列進行變換并輸出（變換通過自定義謂詞來實現）。
• replace、replace_if、replace_copy、replace_copy_if ： 替換滿足條件（值相等、滿足謂詞條件）的元素為給定元素、替換滿足條件的元素并將其拷貝至別處。
• fill、fill_n ： 將給定序列元素填充為給定值、 將給定的前n個元素填充為給定值。
• generate、generate_n : 用自定義的生成器生成元素，并將這些元素賦值給給定序列或前n個序列。
• remove、remove_if ： 移除相等或滿足謂詞條件的元素。 注意，若有元素被移除，指向這些元素之后的迭代器的可以使用，但結果是未指定的（unspecified）。
• unique、unique_copy ： 使序列唯一（即若有重復元素，保留第一個，其余全部移除）、是序列唯一并拷貝至目的地。
• reverse、reverse_copy ： 將給定序列逆轉、將給定序列逆轉并拷貝至目的地。
• rotate、rotate_copy ： 將給定序列左旋轉（middle - first）個元素、將給定序列左旋轉（middle - first）個元素并拷貝。
• shuffle ： 使用均勻隨機數生成器將給定序列洗牌（即打亂，重新分布）。

下面幾個函數有關分區的同一方面，但又功能卻不想上面所列那么相似，故而分開敘述：

• is_partition ： 用給定的一元謂詞判斷給定序列是否被正確分區（即前一部分元素調用謂詞返回true，后一部分返回false）。
• partition ： 對給定序列進行分區操作。
• stable_partition ： 與partition操作相似，但是兩個group（即分區成的兩個分區）內元素的相關順序保持不變（stable）。
• partition_copy ： 與partition相似，但是兩個分區group結果被拷貝到兩個指定的位置。
• partition_point ： 返回分區點，該點之前、該點之后（包括該點）分別為兩個分區。

Sorting and related operations

這些函數都有兩個版本：使用operator < 的、使用函數子Compare的。

• sort ： 排序。
• stable_sort ： 穩定排序。
• partial_sort ： 部分排序，對于給定的序列，只排序前middle - first個元素，并將它們放置在[first， middle）范圍中，剩余位置的元素順序為指定。
• partial_sort_copy ： paartial_sort函數的copy版本。
• is_sorted、is_sorted_util ： 判斷給定序列是否為已排序（使用operator < 或 自定義函數子判斷）的。
• nth_element ： 將nth迭代器指定的位置排序為結果元素。(實際上應該是使用快排實現的)
• lower_bound、upper_bound、equal_range ： 返回下界、上界、相等性范圍。
• binary_search ： 在給定序列中對元素進行二分查找。
• merge、inplace_merge ： 合并兩個序列并輸出。
• includes ： 判斷是否一個序列重的所有元素都被包含在另一個序列中。
• set_union ： 并集。
• set_intersection ： 交集。
• set_difference ： 差集。
• set_symmetric_difference ： 對稱差集。
• push_heap ： 將一個元素push進由序列表示的heap中，并維持堆得性質。
• pop_heap ： 將一個元素從heap中pop（實際上被交換到尾部）。
• make_heap ： 將給定序列構造成heap。
• sort_heap ： 對給定堆進行排序（可能有特殊的算法對堆排序進行優化）。
• is_heap、is_heap_util ： 判斷給定序列是否為堆、判斷給定序列到哪個位置之前為堆。
• min、max ： 返回最小值、最大值。
• minmax ： 返回pair
• min_element、max_element ： 返回序列中第一個最小值、最大值。
• minmax_element ： 返回pair
• lexicographical_compare ： 對兩個序列進行字典序排序。
• next_permutation、prev_permutation : 判斷給定序列是否存在下一個或者上一個組合（所有可能的排列組合先由字典序排序，再進行判斷）。

C library algorithms

該頭文件還包含了標準C頭文件stdlib.h，大體相同。 只是出于與C兼容的目的，bsearch 和 qsort同時包含了C和C++的兩個函數簽名。