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C++的指针,引用和STL详解

2024-04-02 19:55

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对象的定义:对象是指一块能存储数据并具有某种类型的内存空间

一个对象a,它有值和地址;运行程序时,计算机会为该对象分配存储空间,来存储该对象的值,通过该对象的地址,来访问存储空间中的值。

指针、引用

指针

类型名 * 指针变量名;

每个变量都被存放在从某个内存地址(以字节为单位)开始的若干个字节中;"指针",也称作"指针变量",大小为4个字节(或8个字节)的变量,其内容代表一个内存地址;通过指针,能够对该指针指向的内存区域进行读写。

int * p;    //p是一个指针,变量p的类型是int *
T * p;    //T可以是任何类型的名字,比如int, double
p     的类型:    T*
*p    的类型:    T
通过表达式 *p,可以读写从地址p开始的sizeof(T)个字节
*p    等价于存放在地址p处的一个T类型的变量
*     间接引用运算符
sizeof(T*)    4字节(64位计算机上可能8字节)
char ch1 = 'A'
char *pc = &ch1;    //使得pc指向变量ch1
&: 取地址运算符
&x: 变量x的地址(即指向x的指针),对于类型为T的变量x,&x表示变量x的地址(即指向x的指针)
&x的类型是T*

指针的作用 

使用指针,就有自由访问内存空间的手段

不需要通过变量,就能对内存直接进行操作。通过指针,程序能访问的内存区域就不仅限于变量所占据的数据区域。

指针的相互赋值

不同类型的指针,如果不经过强制类型转换,不能直接互相赋值。

指针的运算

p: T*类型的指针
n: 整数类型的变量或常量
p + n: T*类型的指针,指向地址(地址 p + n * sizeof(T))
n + p, p - n, *(p + n), *(p - n) 分别为地址和地址指向的值
eq:
int a = 10;
int b = 15;
int * p = &a;    //0x61fe04
int * q = &b;    //0x61fe00
int * ans = p + 2;    //0x61fe0c
int k = *(p - 1);    //15
p是一个T*类型的指针
n是整数类型的变量或常量
p[n]等价于*(p + n)

空指针 

地址0不能访问。指向地址0的指针就是空指针

可以用"NULL"关键字对任何类型的指针进行赋值。NULL实际上就是整数0,值为NULL的指针就是空指针

int *pn = NULL;
char *pc = NULL;
int *p2 = 0;

指针作为函数参数(形参是实参的一个拷贝)

指针和数组

数组的名字是一个指针常量(指向数组的起始地址)

T a[N];
a的类型是T*
可以用a给一个T*类型的指针赋值
a是编译时其值就确定了的常量,不能够对a进行赋值

作为函数形参时,T *p和 T p[]等价

void Func(int *p){ cout << sizeof(p); }void Func(int p[]){ cout << sizeof(p); }

引用

类型名 & 引用名 = 某变量名;(定义了一个引用,将其初始化为引用某个变量)

int n = 4;
int & r = n; //r引用了n, r的类型是int &v

某个变量的引用,等价于这个变量,相当于该变量的一个别名

引用作为函数的返回值

int n = 4;
int & SetValue() 
{
    return n;
}
int main()
{
    SetValue() = 40;
    cout << n;    //输出是40
    return 0;
}

常引用

定义引用时,前面加const关键字,即为"常引用"

int n;
const int & r = n;    //r的类型是const int &
不能通过常引用去修改其引用的内容:
int n = 100;
const int & r = n;
r = 200;    //编译错误
n = 300;    //ok

常引用和非常引用的转换

const T &和 T &是不同的类型,T &类型的引用或T类型的变量可以用来初始化const T &类型的引用;const T类型的常变量和const T &类型的引用则不能用来初始化T &类型的引用。

STL

STL中六大组件

容器(Container,一种数据结构(包含一组元素或元素集合的对象),基本容器:向量(vector), 双端队列(deque), 列表(list), 集合(set), 多重集合(multiset), 映射(map), 多重映射(multimap)。

序列式容器(Sequence containers),其中每个元素均有固定位置--取决于插入时机和地点,和元素值无关(vector, deque, list)

关联式容器(Associative containers),元素位置取决于特定的排序准则以及元素值,和插入次序无关(set, multiset, map, multimap)

迭代器(Iterator)

迭代器Iterator,用来在一个对象集群(collection of objects)的元素上进行遍历。这个对象集群或许是一个容器,或许是容器的一部分。迭代器的主要好处是,为所有容器提供了一组很小的公共接口。迭代器以++进行累进,以*进行提领,因而类似于指针,可以将其视为一种smart pointer。

例如++操作可以遍历至集群内的下一个元素。至于如何完成,取决于容器内部的数据组织形式。

每种容器都提供自己的迭代器,而这些迭代器能够了解容器内部的数据结构

算法(Algorithm)

用来处理群集内的元素。它们可以出于不同的目的而搜寻、排序、修改、使用那些元素。通过迭代器的协助,我们可以只需编写一次算法,就可以将它应用于任意容器,这是因为所有的容器迭代器都提供一致的接口。

仿函数(Functor)

适配器(Adaptor)

提供三种顺序容器适配器:queue(FIFO队列),priority_queue(优先级队列),stack(栈)。

适配器对容器进行包装,使其表现出另外一种行为。倘若要使用适配器,需要加入头文件

分配器(Allocator)

常用容器用法介绍

vector

一个数组必须有固定的长度,在开数组的时候,此长度就被静态地确定下来。但vector却是数组的"加强版",vector理解为一个"变长数组"

事实上,vector的实现方式是基于倍增思想的:假如vector的实际长度为n,m为vector当前的最大长度,那么在加入一个元素的时候,先看一下,假如当前的n=m,则再动态申请一个2m大小的内存。反之,在删除的时候,如果n≥m/2,则再释放一半的内存。

#include<vector>
vector<int>vec;
vector<pair<int, int> >vec_pair;
struct node{ ... };
vector<node>vec_node;

vec.begin(), vec.end()        返回vector的首尾迭代器

vec.front(), vec.back()        返回vector的首尾元素

vec.push_back()                从vector末尾加入一个元素

vec.size()        返回vector当前的长度(大小)

vec.pop_back()        从vector末尾删除一个元素

vec.empty()        返回vector是否为空,1为空,0不为空

vec.clear()        清空vector             

vector容器是支持随机访问的,可以像数组一样用[]取值。   

vector<int>vec;
vec.push_back(5);
vec.push_back(2);
cout << vec.back() << endl;
for(vector<int>::iterator iter = vec.begin(); iter != vec.end(); iter++)
{
    cout << *iter << endl;
}

vector修改值 

deque(双端队列)

#include&lt;deque&gt;deque&lt;int&gt;q

q.begin(), q.end()        返回deque的首尾迭代器

q.front(), q.back()        返回deque的首尾元素

q.push_back()        从队尾入队一个元素

q.push_front()        从队头入队一个元素

q.pop_back()        从队尾出队一个元素

q.pop_front()        从队头出队一个元素

q.size()z        队列中元素个数

q.clear()        清空队列

deque支持随机访问,可以像数组下标一样取出其中的一个元素。即q[i]

deque容器可以被应用到SPFA算法的SLF优化:SPFA算法的优化方式

set

set满足互异性,set集合中的元素是默认升序的(set容器自动有序和快速添加、删除的性质是由其内部实现:红黑树(平衡树的一种))

#include<set>
set<int>s
set<pair<int, int> >s;

s.empty()        返回集合是否为空,是为1,否为0

s.size()        返回当前集合的元素个数

s.clear()        清空当前集合

s.begin(), s.end()        返回集合的首尾迭代器(迭代器是一种指针。这里需要注意的是,由于计算机区间“前闭后开”的结构,begin()函数返回的指针指向的的确是集合的第一个元素。但end()返回的指针却指向了集合最后一个元素后面一个元素。) 

s.insert(k)        集合中加入元素k

s.erase(k)        集合中删除元素k

s.find(k)        返回集合中指向元素k的迭代器。如果不存在这个元素,就返回s.end(),这个性质可以用来判断集合中有没有这个元素。

s.lower_bound()        返回集合中第一个大于等于关键字的元素

s.upper_bound()        返回集合中第一个严格大于关键字的元素

multiset(有序多重集合)

s.erase(k)       

erase(k)函数在set容器中表示删除集合中元素k。但在multiset容器中表示删除所有等于k的元素。

倘若只删除这些元素中的一个元素

if((it = s.find(a)) != s.end())
    s.erase(it);
if中的条件语句表示定义了一个指向一个a元素的迭代器,如果这个迭代器不等于s.end(),
就说明这个元素的确存在,就可以直接删除这个迭代器指向的元素。

s.count(k)        count(k)函数返回集合中元素k的个数,为multiset所独有。 

map

可以根据键值快速地找到这个映射出的数据, map容器的内部实现是一棵红黑树

#include<map>
map<int, char> mp;
建立一个从整型变量到字符型变量的映射
map<int, char>mp;
//插入
mp[1] = 'a';
mp.insert(map<int, char>::value_type(2, 'b'));
mp.insert(pair<int, char>(3, 'c'));
mp.insert(make_pair<int, char>(4, 'd'));
//查找
mp[3] = 't';    //修改键值对中的值
map<int, char>::iterator iter;
iter = mp.find(3);
iter->second = 'y';
cout << iter->second << endl;
//删除
mp.erase(2);    //删除键值对
//遍历
for(map<int, char>::iterator iter = mp.begin(); iter != mp.end(); iter++)
{
    cout << iter->first << endl;
    cout << iter->second << endl;
}

mp.begin(), mp.end()        返回首尾迭代器 

mp.clear()        清空函数操作

mp.size()        返回容器大小

queue(FIFO)

#include<queue>queue<int>q;queue<pair<int, int> >q;#include<queue>
queue<int>q;
queue<pair<int, int> >q;

q.front(), q.back()        返回queue的首尾元素

q.push()        从queue末尾加入一个元素

q.size()        返回queue当前的长度(大小)

q.pop()        从queue队首删除一个元素

q.empty()        返回queue是否为空,1为空,0不为空

priority_queue

优先队列在队列的基础上,将其中的元素加以排序。其内部实现是一个二叉堆。优先队列即为将堆模板化,将所有入队的元素排成具有单调性的一队,方便我们调用。

大根堆声明就是将大的元素放在堆顶的堆。优先队列默认实现的就是大根堆。

小根堆声明就是将小的元素放在堆顶的堆。

#include<queue>
priority_queue<int>q;        //大根堆
priority_queue<string>q;
priority_queue<pair<int, int> >q;    
priority_queue<int, vector<int>, less<int> >q;    //大根堆
priority_queue<int, vector<int>, greater<int> >q;    //小根堆

q.top()        返回priority_queue的首元素

q.push()        向priority_queue中加入一个元素

q.size()        返回priority_queue当前的长度(大小)

q.pop()        从priority_queue末尾删除一个元素

q.empty()        返回priority_queue是否为空,1为空,0不为空 

stack(栈)

#include&lt;stack&gt;stack&lt;int&gt; st;stack&lt;pair&lt;int, int&gt; &gt; st;

st.top()        返回stack的栈顶元素

st.push()        从stack栈顶加入一个元素

st.size()        返回stack当前的长度(大小)

st.pop()        从stack栈顶弹出一个元素

st.empty()        返回stack是否为空,1为空,0不为空

string(字符串操作)

其实string容器就是一个字符串

操作string字符阵列
声明字符串string schar s[100]
取得第i个字符s[i]s[i]
字符串长度s.length(), s.size()strlen(s) 不计\0
读取一行getline(cin, s)gets(s)
设成某字符串s = "TCGS"strcpy(s, "TCGS")
字符串相加s = s + "TCGS"strcat(s, "TCGS")
字符串比较s == "TCGS"strcmp(s, "TCGS")

重载运算符

C++语言中已经给出的运算符(算数运算符和逻辑运算符)只是针对C++语言中已经给定的数据类型进行运算。倘若我们想要对我们自定义数据类型进行运算的话,则需要重载运算符,我们可以把重载运算符理解为对已有的运算符的一种重新定义。

重载运算符的实现

语法格式如下
<返回类型> operator <运算符符号>(<参数>)
{
    <定义>;
}
//定义结构体
struct node
{
    int id;
    double x, y;
}; 
//重载运算符"<"
bool operator < (const node &a, const node &b)  
{
    if(a.x != b.x)
        return a.x < b.x;
    else
        return a.y < b.y;
}

总结

本篇文章就到这里了,希望能够给你带来帮助,也希望您能够多多关注编程网的更多内容!  

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