算法竞赛常用函数整理（C++）

算法竞赛常用函数整理（C++）

这篇文章整理了算法竞赛中经常用到的 C++ 函数，适合刷题或考前复习，会持续更新...

memset

作用：将指定内存块的前num个字节设置为指定值

头文件：

#include <cstring>

使用：

void* memset(void* ptr, int value, size_t num);
// ptr：目标内存块的起始地址
// value：要设置的值（以字节为单位）
// num：要设置的字节数

例子：

// 将数组全部初始化为0
int arr[100];
memset(arr, 0, sizeof(arr)); 

// 将字符数组初始化为'*'
char str[50];
memset(str, '*', 10); // 前10个字节设为'*'

注意事项：

• 按字节设置，不适合初始化非字符类型的复杂值（如-1对int有效，因补码一致）

• 不能直接用于vector（需用vector.assign或fill）

• C++ 版本：C++98+

to_string

作用：将数字常量转换为字符串

头文件：

#include <string>

使用：

string to_string(int val);
string to_string(long val);
string to_string(long long val);
string to_string(float val);
string to_string(double val);
// 支持多种数值类型转换

例子：

string s1 = to_string(123); // s1 = "123"
string s2 = to_string(3.14); // s2 = "3.140000"
string s3 = to_string(-456LL); // s3 = "-456"

注意事项：

• 浮点数转换会包含默认精度（如double保留 6 位小数）

• C++ 版本：C++11+

isdigit

作用：判断字符是否为数字（0-9）

头文件：

#include <cctype>

使用：

int isdigit(int c); // c为字符的ASCII值，返回非0表示是数字，0表示不是

例子：

string s = "abc123def45";
int cnt = 0;
for (char c : s) {
    if (isdigit(c)) cnt++; // 统计数字个数，结果为5
}

注意事项：

• 需传入char的 ASCII 值（直接传字符变量即可）

• 对负数或非字符值行为未定义

• C++ 版本：C++98+

sqrt

作用：计算平方根

头文件：

#include <cmath>

使用：

double sqrt(double x);
float sqrt(float x);
long double sqrt(long double x);

例子：

double res1 = sqrt(25.0); // res1 = 5.0
float res2 = sqrt(10.0f); // res2 ≈ 3.16228f

注意事项：

• 输入x需非负，否则返回 NaN（浮点数）

• C++ 版本：C++98+

exp

作用：计算自然常数e的x次方（e^x）

头文件：

#include <cmath>

使用：

double exp(double x);
float exp(float x);
long double exp(long double x);

例子：

double res = exp(1.0); // res ≈ 2.71828（e^1）

C++ 版本：C++98+

pow

作用：计算x的y次方（x^y）

头文件：

#include <cmath>

使用：

double pow(double x, double y);
float pow(float x, float y);
long double pow(long double x, long double y);

例子：

double res1 = pow(2.0, 3.0); // res1 = 8.0（2^3）
double res2 = pow(10.0, 2.5); // res2 ≈ 316.227766（10^2.5）

注意事项：

• 若x为负数且y非整数，结果为 NaN

• C++ 版本：C++98+

log、log10

作用：log计算自然对数（ln x），log10计算以 10 为底的对数（lg x）

头文件：

#include <cmath>

使用：

double log(double x); // ln x
double log10(double x); // lg x

例子：

double res1 = log(exp(1.0)); // res1 = 1.0（ln e = 1）
double res2 = log10(1000.0); // res2 = 3.0（lg 1000 = 3）

注意事项：输入x必须为正数，否则返回 NaN

C++ 版本：C++98+

abs、fabs

作用：abs计算整数绝对值，fabs计算浮点数绝对值

头文件：

#include <cmath> // fabs
#include <cstdlib> // abs（整数）或直接用std::abs（C++11+）

使用：

// 整数绝对值
int abs(int x);
long abs(long x);
long long abs(long long x);

// 浮点数绝对值
double fabs(double x);
float fabs(float x);

例子：

int a = abs(-5); // a = 5
double b = fabs(-3.14); // b = 3.14

C++ 版本：C++98+

ceil、floor、round

作用：

• ceil(x)：向上取整（返回大于等于x的最小整数）

• floor(x)：向下取整（返回小于等于x的最大整数）

• round(x)：四舍五入到最近整数

  头文件：

#include <cmath>

使用：

double ceil(double x);
double floor(double x);
double round(double x);

例子：

double c = ceil(2.3); // c = 3.0
double f = floor(2.7); // f = 2.0
double r = round(2.5); // r = 3.0

C++ 版本：C++98+

modf、fmod

作用：

• modf(x, &iptr)：拆分x为整数部分（通过iptr返回）和小数部分（返回值）

• fmod(x, y)：计算x除以y的余数（x = k*y + 余数，余数与x同号）

  头文件：

#include <cmath>

使用：

double modf(double x, double* iptr);
double fmod(double x, double y);

例子：

// modf示例
double x = 3.14, int_part;
double frac_part = modf(x, &int_part); // int_part = 3.0，frac_part = 0.14

// fmod示例
double rem = fmod(7.5, 2.0); // rem = 1.5（7.5 = 3*2.0 + 1.5）

C++ 版本：C++98+

rand

作用：生成伪随机整数（范围 0~RAND_MAX，通常为 32767）

头文件：

#include <cstdlib>

使用：

int rand(void);

例子：

// 生成1~100的随机数
srand(time(0)); // 用当前时间初始化随机数种子
int num = rand() % 100 + 1; // 范围[1, 100]

注意事项：

• 需用srand初始化种子（通常结合time(0)），否则每次运行结果相同

• 随机性较差，竞赛中建议用mt19937（见下文）

• C++ 版本：C++98+

sort

作用：对区间内元素进行排序（默认升序，可自定义排序规则）

头文件：

#include <algorithm>

使用：

// 对数组排序
void sort(RandomAccessIterator first, RandomAccessIterator last);
// 自定义排序规则
void sort(RandomAccessIterator first, RandomAccessIterator last, Compare cmp);

例子：

// 数组排序
int arr[] = {3, 1, 4, 1, 5};
sort(arr, arr + 5); // 升序：[1,1,3,4,5]

// vector排序
vector<int> v = {5, 2, 7};
sort(v.begin(), v.end(), greater<int>()); // 降序：[7,5,2]

// 自定义结构体排序（Lambda表达式）
struct Point { int x, y; };
vector<Point> pts = {{2,3}, {1,4}, {3,1}};
sort(pts.begin(), pts.end(), [](const Point& a, const Point& b) {
    return a.x < b.x; // 按x升序
});

注意事项：

• 自定义比较函数cmp作为类成员时需加static修饰

• Lambda 表达式比普通函数效率更高

• C++ 版本：C++98+

lower_bound、upper_bound

作用：在有序区间内进行二分查找

• lower_bound：返回第一个大于等于目标值的元素位置

• upper_bound：返回第一个大于目标值的元素位置

  头文件：

#include <algorithm>

使用：

// 查找[first, last)中首个>=val的位置
ForwardIterator lower_bound(ForwardIterator first, ForwardIterator last, const T& val);

// 查找[first, last)中首个>val的位置
ForwardIterator upper_bound(ForwardIterator first, ForwardIterator last, const T& val);

例子：

vector<int> v = {1, 3, 5, 5, 7};
// 查找>=5的第一个位置
auto it1 = lower_bound(v.begin(), v.end(), 5); // 指向索引2（值5）
// 查找>5的第一个位置
auto it2 = upper_bound(v.begin(), v.end(), 5); // 指向索引4（值7）

int pos1 = it1 - v.begin(); // pos1 = 2
int pos2 = it2 - v.begin(); // pos2 = 4

注意事项：需确保区间已排序（升序），否则结果未定义

C++ 版本：C++98+

reverse

作用：反转区间内元素的顺序

头文件：

#include <algorithm>

使用：

void reverse(BidirectionalIterator first, BidirectionalIterator last);

例子：

// 反转数组
int arr[] = {1,2,3,4};
reverse(arr, arr + 4); // 结果：[4,3,2,1]

// 反转字符串
string s = "hello";
reverse(s.begin(), s.end()); // 结果："olleh"

C++ 版本：C++98+

max_element、min_element

作用：

• max_element：返回区间内最大值的迭代器

• min_element：返回区间内最小值的迭代器

  头文件：

#include <algorithm>

使用：

ForwardIterator max_element(ForwardIterator first, ForwardIterator last);
ForwardIterator min_element(ForwardIterator first, ForwardIterator last);

例子：

vector<int> v = {3, 1, 4, 2};
// 找最大值
auto max_it = max_element(v.begin(), v.end());
int max_val = *max_it; // 4
int max_pos = max_it - v.begin(); // 2（索引）

// 找最小值
auto min_it = min_element(v.begin(), v.end());
int min_val = *min_it; // 1
int min_pos = min_it - v.begin(); // 1（索引）

注意事项：若有多个相同最值，返回第一个出现的位置

C++ 版本：C++98+

__builtin_popcount、__builtin_popcountll（GCC 扩展）

作用：计算整数二进制表示中 1 的个数（内置位运算函数）

头文件：无（GCC 编译器内置）

使用：

int __builtin_popcount(unsigned int x); // 32位无符号整数
int __builtin_popcountll(unsigned long long x); // 64位无符号整数

例子：

int cnt1 = __builtin_popcount(0b1010); // 2（二进制1010有2个1）
int cnt2 = __builtin_popcountll(0b111000ULL); // 3（64位下111000有3个1）

注意事项：仅 GCC 编译器支持，输入需为无符号整数

C++ 版本：GCC 扩展（兼容 C++98+）

stoi、stoll、stof

作用：将字符串转换为整数 / 长整数 / 浮点数

头文件：

#include <string>

使用：

int stoi(const string& str, size_t* pos = 0, int base = 10); // 转int
long long stoll(const string& str, size_t* pos = 0, int base = 10); // 转long long
float stof(const string& str, size_t* pos = 0); // 转float

例子：

int a = stoi("123"); // 123
long long b = stoll("123456789012"); // 123456789012
float c = stof("3.14"); // 3.14f

// 指定进制（如二进制"1010"转十进制）
int d = stoi("1010", nullptr, 2); // 10

注意事项：字符串格式错误或超出范围会抛异常

C++ 版本：C++11+

mt19937（随机数生成器）

作用：高性能伪随机数生成器（梅森旋转算法）

头文件：

#include <random>

使用：

std::mt19937 rng(seed); // seed为种子（通常用std::random_device{}()）

例子：

// 初始化随机数生成器
std::random_device rd;
std::mt19937 rng(rd()); // 用硬件随机种子初始化

// 生成[1, 100]的随机整数
std::uniform_int_distribution<int> dist(1, 100);
int num = dist(rng); // 每次调用生成不同随机数

注意事项：随机性远优于rand()，竞赛中优先使用

C++ 版本：C++11+

gcd、lcm

作用：gcd(a,b)计算最大公约数，lcm(a,b)计算最小公倍数

头文件：

#include <numeric>

使用：

template<class T> T gcd(T a, T b); // C++17+
template<class T> T lcm(T a, T b); // C++17+

例子：

int g = gcd(12, 18); // 6
int l = lcm(12, 18); // 36

注意事项：输入需为非负整数，lcm计算为(a/gcd(a,b))*b（避免溢出）

C++ 版本：C++17+

next_permutation、prev_permutation

作用：生成区间的下一个 / 上一个字典序排列（需已排序）

头文件：

#include <algorithm>

使用：

bool next_permutation(BidirectionalIterator first, BidirectionalIterator last);
bool prev_permutation(BidirectionalIterator first, BidirectionalIterator last);

例子：

string s = "123";
next_permutation(s.begin(), s.end()); // s = "132"（下一个排列）
prev_permutation(s.begin(), s.end()); // s = "123"（上一个排列）

注意事项：若已为最后 / 最前排列，返回false，否则返回true并修改区间

C++ 版本：C++98+

string 成员函数（substr、find、c_str）

作用：

• substr：截取子字符串

• find：查找子串位置

• c_str：转换为 C 风格字符串（const char*）

  头文件：

#include <string>

使用：

// 截取子串：从pos开始，长度为len（默认到结尾）
string substr(size_t pos = 0, size_t len = npos) const;

// 查找子串：从pos开始找str，返回位置（未找到返回string::npos）
size_t find(const string& str, size_t pos = 0) const;

// 转换为C风格字符串
const char* c_str() const;

例子：

string s = "abcdef";
string sub = s.substr(1, 3); // "bcd"（从索引1开始，取3个字符）

size_t pos = s.find("cd"); // 2（"cd"在索引2开始）

const char* cstr = s.c_str(); // 转换为const char*（用于printf等）

C++ 版本：C++98+

unordered_map（哈希映射）

作用：存储键值对，支持 O (1) 平均复杂度的插入、查找、删除

头文件：

#include <unordered_map>

常用操作：

// 插入键值对
void insert(const pair<Key, Value>& p);
// 访问/插入值（若键不存在则默认构造）
Value& operator[](const Key& key);
// 查找键（返回迭代器）
iterator find(const Key& key);
// 删除键
size_t erase(const Key& key);

例子：

unordered_map<string, int> mp;
mp["apple"] = 5; // 插入键值对（"apple",5）
mp.insert({"banana", 3});

if (mp.find("apple") != mp.end()) {
    cout << mp["apple"]; // 输出5
}

mp.erase("banana"); // 删除键"banana"

注意事项：无序存储，键需支持哈希（自定义类型需提供哈希函数）

C++ 版本：C++11