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C++编译期类型生成示例代码详解

作者:kiiib43482

在C++中,编译期计算表达式是通过利用C++语言的特性,在程序编译阶段而非运行时完成计算任务,下面这篇文章主要介绍了C++编译期类型生成的相关资料,文中通过代码介绍的非常详细,需要的朋友可以参考下

1、非修改序列算法

这些算法不会改变它们所操作的容器中的元素。

1.1 find 和 find_if

vector<int> nums = {1, 3, 5, 7, 9};

// 查找值为5的元素
auto it = find(nums.begin(), nums.end(), 5);
if (it != nums.end()) {
    cout << "found: " << *it << endl;  // 输出:5
}

// 查找第一个大于6的元素
auto it2 = find_if(nums.begin(), nums.end(), [](int x) {
    return x > 6;
});
cout << "first >6: " << *it2 << endl;  // 输出:7

// 查找子序列
vector<int> sub = {3, 5};
auto it3 = find_end(nums.begin(), nums.end(), sub.begin(), sub.end());
if (it3 != nums.end()) {
    cout << "subsequence starts at index: " << it3 - nums.begin() << endl;  // 输出:1
}

1.2 count 和 count_if

std::vector<int> vec = {1, 2, 3, 2, 4, 2};
int cnt = std::count(vec.begin(), vec.end(), 2); // 计数2的个数,结果为3
int even_cnt = std::count_if(vec.begin(), vec.end(), [](int x) { 
    return x % 2 == 0; 
}); // 偶数个数,结果为4

1.3 for_each

对范围内的每个元素应用一个函数

std::vector<int> vec = {1, 2, 3, 4, 5};
std::for_each(vec.begin(), vec.end(), [](int& x) { 
    x *= 2; // 将每个元素乘以2
});
// 现在vec变为{2, 4, 6, 8, 10}

1.4 equal 与 mismatch

vector<int> a = {1, 2, 3};
vector<int> b = {1, 2, 4};
vector<int> c = {1, 2, 3, 4};

// 比较a和b的前3个元素
bool is_equal = equal(a.begin(), a.end(), b.begin());
cout << "a == b? " << boolalpha << is_equal << endl;  // 输出:false

// 查找a和c的第一个不匹配元素
auto mis = mismatch(a.begin(), a.end(), c.begin());
if (mis.first != a.end()) {
    cout << "mismatch: " << *mis.first << " vs " << *mis.second << endl;  // 无输出(a和c前3元素相等)
}

1.5 all_of, any_of, none_of

检查范围内元素是否全部、存在或没有满足条件的

std::vector<int> vec = {2, 4, 6, 8};
bool all_even = std::all_of(vec.begin(), vec.end(), [](int x) { 
    return x % 2 == 0; 
}); // true
bool any_odd = std::any_of(vec.begin(), vec.end(), [](int x) { 
    return x % 2 != 0; 
}); // false
bool none_negative = std::none_of(vec.begin(), vec.end(), [](int x) { 
    return x < 0; 
}); // true

2、修改序列算法

这些算法会修改它们所操作的容器中的元素。

2.1 copy 和 copy_if

vector<int> src = {1, 2, 3, 4, 5};
vector<int> dest(5);  // 需预先分配足够空间

// 复制所有元素
copy(src.begin(), src.end(), dest.begin());  // dest: [1,2,3,4,5]

// 复制偶数元素到新容器
vector<int> evens;
copy_if(src.begin(), src.end(), back_inserter(evens), [](int x) {
    return x % 2 == 0;
});  // evens: [2,4]

注意back_inserter(dest) 会自动调用 push_back,无需提前分配空间。

2.2 transform

对范围内的每个元素应用一个函数,并将结果存储在另一个范围内

vector<int> nums = {1, 2, 3};
vector<int> squares(3);

// 计算平方(单参数转换)
transform(nums.begin(), nums.end(), squares.begin(), [](int x) {
    return x * x;
});  // squares: [1,4,9]

// 两容器元素相加(双参数转换)
vector<int> a = {1, 2, 3};
vector<int> b = {4, 5, 6};
vector<int> sum(3);
transform(a.begin(), a.end(), b.begin(), sum.begin(), [](int x, int y) {
    return x + y;
});  // sum: [5,7,9]

2.3 replace、replace_if与 replace_copy

vector<int> nums = {1, 2, 3, 2, 5};

// 替换所有2为20
replace(nums.begin(), nums.end(), 2, 20);  // nums: [1,20,3,20,5]

// 替换大于10的元素为0
replace_if(nums.begin(), nums.end(), [](int x) {
    return x > 10;
}, 0);  // nums: [1,0,3,0,5]

// 复制时替换3为300(原容器不变)
vector<int> res;
replace_copy(nums.begin(), nums.end(), back_inserter(res), 3, 300);  // res: [1,0,300,0,5]

2.4 remove、remove_if 与 erase

vector<int> nums = {1, 2, 3, 2, 4};

// 逻辑删除所有2(移动到末尾)
auto new_end = remove(nums.begin(), nums.end(), 2);  // nums: [1,3,4,2,2]

// 物理删除(真正移除元素)
nums.erase(new_end, nums.end());  // nums: [1,3,4]

// 结合lambda删除偶数
nums = {1, 2, 3, 4, 5};
nums.erase(remove_if(nums.begin(), nums.end(), [](int x) {
    return x % 2 == 0;
}), nums.end());  // nums: [1,3,5]

2.5 unique

移除范围内连续的重复元素,返回新的逻辑结尾迭代器。通常与erase结合使用。

std::vector<int> vec = {1, 1, 2, 2, 3, 3, 3, 4, 5};
auto last = std::unique(vec.begin(), vec.end());
vec.erase(last, vec.end()); // vec变为{1, 2, 3, 4, 5}

2.6 reverse

反转范围内的元素顺序

std::vector<int> vec = {1, 2, 3, 4, 5};
std::reverse(vec.begin(), vec.end()); // vec变为{5, 4, 3, 2, 1}

2.7 rotate

旋转范围内的元素,使中间元素成为新的第一个元素

std::vector<int> vec = {1, 2, 3, 4, 5};
std::rotate(vec.begin(), vec.begin() + 2, vec.end()); // 以3为起点旋转,vec变为{3, 4, 5, 1, 2}

2.8 shuffle

随机重排范围内的元素(需要C++11或更高版本)

#include <random>
#include <algorithm>

std::vector<int> vec = {1, 2, 3, 4, 5};
std::random_device rd;
std::mt19937 g(rd());
std::shuffle(vec.begin(), vec.end(), g); // 随机打乱vec中的元素

3、排序和相关算法

3.1 sort、stable_sort 与 partial_sort

std::vector<int> vec = {5, 3, 1, 4, 2};
std::sort(vec.begin(), vec.end()); // 默认升序,vec变为{1, 2, 3, 4, 5}
std::sort(vec.begin(), vec.end(), std::greater<int>()); // 降序,vec变为{5, 4, 3, 2, 1}
std::sort(vec.begin(), vec.end(), [](int a, int b) { 
    return a < b; 
}); // 升序,自定义比较

std::vector<std::pair<int, int>> vec = {{1, 2}, {2, 1}, {1, 1}, {2, 2}};
std::stable_sort(vec.begin(), vec.end(), [](const auto& a, const auto& b) {
    return a.first < b.first; // 按first排序,保持相等元素的相对顺序
});

std::vector<int> vec = {5, 3, 1, 4, 2, 6};
// 将最小的3个元素放在前面并排序
std::partial_sort(vec.begin(), vec.begin() + 3, vec.end());
// 现在vec前三个元素是1, 2, 3,后面是未排序的4, 5, 6

3.2 nth_element

重新排列范围,使得指定位置的元素等于排序后的元素,并且左边的元素都不大于它,右边的元素都不小于它

std::vector<int> vec = {5, 3, 1, 4, 2, 6};
// 找到第三小的元素(索引2)
std::nth_element(vec.begin(), vec.begin() + 2, vec.end());
// 现在vec[2]是3,它左边的元素<=3,右边的>=3

3.3 binary_search、lower_bound、upper_bound

需在已排序的容器上使用

vector<int> sorted = {1, 3, 3, 5, 7};  // 必须先排序

// 判断3是否存在
bool exists = binary_search(sorted.begin(), sorted.end(), 3);  // true

// 查找第一个>=3的元素
auto lb = lower_bound(sorted.begin(), sorted.end(), 3);
cout << "lower_bound index: " << lb - sorted.begin() << endl;  // 输出:1

// 查找第一个>3的元素
auto ub = upper_bound(sorted.begin(), sorted.end(), 3);
cout << "upper_bound index: " << ub - sorted.begin() << endl;  // 输出:3

3.4 merge

合并两个已排序的范围到新容器(保持排序)

vector<int> a = {1, 3, 5};
vector<int> b = {2, 4, 6};
vector<int> merged(a.size() + b.size());

// 合并a和b(均需已排序)
merge(a.begin(), a.end(), b.begin(), b.end(), merged.begin());  // merged: [1,2,3,4,5,6]

4、堆算法

STL提供了将范围作为堆来操作的算法,包括make_heappush_heappop_heapsort_heap等。

std::vector<int> vec = {4, 1, 3, 2, 5};
std::make_heap(vec.begin(), vec.end()); // 构建最大堆,vec变为{5, 4, 3, 2, 1}

vec.push_back(6);
std::push_heap(vec.begin(), vec.end()); // 将新元素加入堆,vec变为{6, 4, 5, 2, 1, 3}

std::pop_heap(vec.begin(), vec.end()); // 将最大元素移到末尾,vec变为{5, 4, 3, 2, 1, 6}
int max_val = vec.back(); // 获取最大元素6
vec.pop_back(); // 移除最大元素

std::sort_heap(vec.begin(), vec.end()); // 将堆排序为升序序列,vec变为{1, 2, 3, 4, 5}

5、最小/最大值算法

5.1 min 和 max

返回两个值或初始化列表中的最小/最大值

int a = 5, b = 3;
int min_val = std::min(a, b); // 3
int max_val = std::max(a, b); // 5

auto min_of_list = std::min({4, 2, 8, 5, 1}); // 1
auto max_of_list = std::max({4, 2, 8, 5, 1}); // 8

5.2 min_element 和 max_element

返回范围内的最小/最大元素的迭代器

std::vector<int> vec = {3, 1, 4, 2, 5};
auto min_it = std::min_element(vec.begin(), vec.end()); // 指向1
auto max_it = std::max_element(vec.begin(), vec.end()); // 指向5

5.3 minmax_element (C++11)

同时返回范围内的最小和最大元素的迭代器

std::vector<int> vec = {3, 1, 4, 2, 5};
auto minmax = std::minmax_element(vec.begin(), vec.end());
// minmax.first指向1,minmax.second指向5

6、数值算法(在<numeric>中)

6.1 accumulate

计算范围内元素的累加和(或自定义操作)

#include <numeric>

std::vector<int> vec = {1, 2, 3, 4, 5};
int sum = std::accumulate(vec.begin(), vec.end(), 0); // 和,初始值为0,结果为15
int product = std::accumulate(vec.begin(), vec.end(), 1, std::multiplies<int>()); // 乘积,初始值为1,结果为120

6.2 inner_product

计算两个范围的内积(或自定义操作)

std::vector<int> a = {1, 2, 3};
std::vector<int> b = {4, 5, 6};
int dot = std::inner_product(a.begin(), a.end(), b.begin(), 0); // 1*4 + 2*5 + 3*6 = 32

6.3 iota

用连续递增的值填充范围

std::vector<int> vec(5);
std::iota(vec.begin(), vec.end(), 10); // 填充为10, 11, 12, 13, 14

6.4 partial_sum

计算部分和,将结果存储在目标范围内

std::vector<int> src = {1, 2, 3, 4, 5};
std::vector<int> dst(src.size());
std::partial_sum(src.begin(), src.end(), dst.begin()); // dst变为{1, 3, 6, 10, 15}

6.5 adjacent_difference

计算相邻元素的差值,将结果存储在目标范围内

std::vector<int> src = {1, 2, 3, 4, 5};
std::vector<int> dst(src.size());
std::adjacent_difference(src.begin(), src.end(), dst.begin()); // dst变为{1, 1, 1, 1, 1}

7、其他

7.1 generate

用生成函数填充范围

std::vector<int> vec(5);
int n = 0;
std::generate(vec.begin(), vec.end(), [&n]() { 
    return n++; 
}); // 填充为0, 1, 2, 3, 4

7.2 generate_n

用生成函数填充范围的开始n个元素

std::vector<int> vec(5);
int n = 10;
std::generate_n(vec.begin(), 3, [&n]() { 
    return n++; 
}); // 前三个元素为10, 11, 12,后两个保持不变

7.3 includes

检查一个排序范围是否包含另一个排序范围的所有元素

std::vector<int> vec1 = {1, 2, 3, 4, 5};
std::vector<int> vec2 = {2, 4};
bool includes = std::includes(vec1.begin(), vec1.end(), vec2.begin(), vec2.end()); // true

7.3 set_union, set_intersection, set_difference, set_symmetric_difference

执行集合操作:并集、交集、差集和对称差集

std::vector<int> v1 = {1, 2, 3, 4, 5};
std::vector<int> v2 = {3, 4, 5, 6, 7};
std::vector<int> result;

// 并集
std::set_union(v1.begin(), v1.end(), v2.begin(), v2.end(), std::back_inserter(result));
// result为{1, 2, 3, 4, 5, 6, 7}

// 交集
result.clear();
std::set_intersection(v1.begin(), v1.end(), v2.begin(), v2.end(), std::back_inserter(result));
// result为{3, 4, 5}

// 差集 (v1 - v2)
result.clear();
std::set_difference(v1.begin(), v1.end(), v2.begin(), v2.end(), std::back_inserter(result));
// result为{1, 2}

// 对称差集 (v1 ∪ v2 - v1 ∩ v2)
result.clear();
std::set_symmetric_difference(v1.begin(), v1.end(), v2.begin(), v2.end(), std::back_inserter(result));
// result为{1, 2, 6, 7}

8、常见问题

到此这篇关于C++编译期类型生成的文章就介绍到这了,更多相关C++编译期类型生成内容请搜索脚本之家以前的文章或继续浏览下面的相关文章希望大家以后多多支持脚本之家!

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