C++ 头文件系列 (algorithm)

简介

algorithm头文件是C++的标准算法库，它主要应用在容器上。 因为所有的算法都是通过迭代器进行操作的，所以算法的运算实际上是和具体的数据结构相分离的 ，也就是说，具有低耦合性。 因此，任何数据结构都能使用这套算法库，只要它具有相应的迭代器类型。

算法类别

如上图所示，库中的算法主要分为4类：

• 非修改性顺序操作（Non-modifying sequence operations）
• 可变顺序操作（Mutating sequence operations）
• 排序和关系操作（Sorting and related operations）
• C库算法（C library algorithms）

算法版本

用过这个算法库的人都知道，里面的很多算法都是成对出现的，一个概念的算法经常有多个版本:

• in-place version: 普通版本，直接操作对迭代器进行操作。
• copying version: 拷贝版本，需要传入输出迭代器作为拷贝的destination。 该版本一般带有copy字样。
• predicate version: 谓词版本，需要传入谓词作为判断的标准。 该版本一般带有if字样。

Non-modifying sequence operations

• all_of ： 判断是否范围内的所有元素都满足条件。
• any_of ： 判断是否范围内的所有元素中有一个满足条件。
• none_of ： 判断是否范围内的所有元素中没有一个满足条件。
• for_each ： 对指定范围内的每一个元素进行指定的操作。
• find、find_if、find_if_not ： 在指定范围中查找满足某个条件（值相等、条件满足、条件不满足）的元素。
• find_end ： 在指定序列中查找最后一个相等（或满足谓词条件）子序列。
• find_first_of ： 在指定序列中查找第一个出现在另一个序列中（或满足谓词条件）的元素。
• adjacent_find ： 在指定序列中查找第一个相等（值相等、满足条件）的元素对（2个元素）。
• count、count_if ： 对制定序列中的满足条件（值相等、满足条件）的元素进行计数。
• mismatch ： 给定两个元素序列，返回第一个不匹配（值不相等、不满足条件）的元素位置，以一个迭代器对指出。
• equal ： 判断两个序列是否相等（值相等、满足谓词条件）。
• is_permutation ： 判断是否一个序列是另一个序列的排列，即只有排列方式不相等（值不相等、不满足谓词条件）。
• search、search_n ： 在给定序列中查找子序列或者n个重复的元素序列。

Mutating sequence operations

• copy、copy_n、copy_if、copy_backward ： 拷贝序列、拷贝序列中前n个元素、拷贝序列中满足条件的、从后往前拷贝序列。
• move、move_backward ： 移动序列、从后往前移动序列（移动后，任然可以对源序列进行操作，但元素值是未指定的）。
• swap、iter_swap ： 逐元素交换序列、交换两个序列。
• transform ： 对一个 序列进行变换并输出、对两个序列进行变换并输出（变换通过自定义谓词来实现）。
• replace、replace_if、replace_copy、replace_copy_if ： 替换满足条件（值相等、满足谓词条件）的元素为给定元素、替换满足条件的元素并将其拷贝至别处。
• fill、fill_n ： 将给定序列元素填充为给定值、 将给定的前n个元素填充为给定值。
• generate、generate_n : 用自定义的生成器生成元素，并将这些元素赋值给给定序列或前n个序列。
• remove、remove_if ： 移除相等或满足谓词条件的元素。 注意，若有元素被移除，指向这些元素之后的迭代器的可以使用，但结果是未指定的（unspecified）。
• unique、unique_copy ： 使序列唯一（即若有重复元素，保留第一个，其余全部移除）、是序列唯一并拷贝至目的地。
• reverse、reverse_copy ： 将给定序列逆转、将给定序列逆转并拷贝至目的地。
• rotate、rotate_copy ： 将给定序列左旋转（middle - first）个元素、将给定序列左旋转（middle - first）个元素并拷贝。
• shuffle ： 使用均匀随机数生成器将给定序列洗牌（即打乱，重新分布）。

下面几个函数有关分区的同一方面，但又功能却不想上面所列那么相似，故而分开叙述：

• is_partition ： 用给定的一元谓词判断给定序列是否被正确分区（即前一部分元素调用谓词返回true，后一部分返回false）。
• partition ： 对给定序列进行分区操作。
• stable_partition ： 与partition操作相似，但是两个group（即分区成的两个分区）内元素的相关顺序保持不变（stable）。
• partition_copy ： 与partition相似，但是两个分区group结果被拷贝到两个指定的位置。
• partition_point ： 返回分区点，该点之前、该点之后（包括该点）分别为两个分区。

Sorting and related operations

这些函数都有两个版本：使用operator < 的、使用函数子Compare的。

• sort ： 排序。
• stable_sort ： 稳定排序。
• partial_sort ： 部分排序，对于给定的序列，只排序前middle - first个元素，并将它们放置在[first， middle）范围中，剩余位置的元素顺序为指定。
• partial_sort_copy ： paartial_sort函数的copy版本。
• is_sorted、is_sorted_util ： 判断给定序列是否为已排序（使用operator < 或 自定义函数子判断）的。
• nth_element ： 将nth迭代器指定的位置排序为结果元素。(实际上应该是使用快排实现的)
• lower_bound、upper_bound、equal_range ： 返回下界、上界、相等性范围。
• binary_search ： 在给定序列中对元素进行二分查找。
• merge、inplace_merge ： 合并两个序列并输出。
• includes ： 判断是否一个序列重的所有元素都被包含在另一个序列中。
• set_union ： 并集。
• set_intersection ： 交集。
• set_difference ： 差集。
• set_symmetric_difference ： 对称差集。
• push_heap ： 将一个元素push进由序列表示的heap中，并维持堆得性质。
• pop_heap ： 将一个元素从heap中pop（实际上被交换到尾部）。
• make_heap ： 将给定序列构造成heap。
• sort_heap ： 对给定堆进行排序（可能有特殊的算法对堆排序进行优化）。
• is_heap、is_heap_util ： 判断给定序列是否为堆、判断给定序列到哪个位置之前为堆。
• min、max ： 返回最小值、最大值。
• minmax ： 返回pair<min, max>。
• min_element、max_element ： 返回序列中第一个最小值、最大值。
• minmax_element ： 返回pair<min, max>，若有多个最值，返回的是第一个最值。
• lexicographical_compare ： 对两个序列进行字典序排序。
• next_permutation、prev_permutation : 判断给定序列是否存在下一个或者上一个组合（所有可能的排列组合先由字典序排序，再进行判断）。

C library algorithms

该头文件还包含了标准C头文件stdlib.h，大体相同。 只是出于与C兼容的目的，bsearch 和 qsort同时包含了C和C++的两个函数签名。