C++的指針,引用和STL詳解

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對象的定義：對象是指一塊能存儲數據並具有某種類型的內存空間

一個對象a，它有值和地址；運行程序時，計算機會為該對象分配存儲空間，來存儲該對象的值，通過該對象的地址，來訪問存儲空間中的值。

指針、引用

指針

類型名 * 指針變量名；

每個變量都被存放在從某個內存地址（以字節為單位）開始的若幹個字節中；"指針"，也稱作"指針變量"，大小為4個字節（或8個字節）的變量，其內容代表一個內存地址；通過指針，能夠對該指針指向的內存區域進行讀寫。

int * p;    //p是一個指針，變量p的類型是int *
T * p;    //T可以是任何類型的名字，比如int， double
p     的類型:    T*
*p    的類型:    T
通過表達式 *p，可以讀寫從地址p開始的sizeof(T)個字節
*p    等價於存放在地址p處的一個T類型的變量
*     間接引用運算符
sizeof(T*)    4字節（64位計算機上可能8字節）
char ch1 = 'A'
char *pc = &ch1;    //使得pc指向變量ch1
&: 取地址運算符
&x: 變量x的地址（即指向x的指針），對於類型為T的變量x，&x表示變量x的地址（即指向x的指針）
&x的類型是T*

指針的作用 

使用指針，就有自由訪問內存空間的手段

不需要通過變量，就能對內存直接進行操作。通過指針，程序能訪問的內存區域就不僅限於變量所占據的數據區域。

指針的相互賦值

不同類型的指針，如果不經過強制類型轉換，不能直接互相賦值。

指針的運算

  • 兩個同類型的指針變量，可以比較大小（比較的是地址空間的大小）
  • 兩個同類型的指針變量，可以相減（相減值為地址空間差值除以sizeof(T)）
  • 指針變量加減一個整數的結果是指針
p: T*類型的指針
n: 整數類型的變量或常量
p + n: T*類型的指針，指向地址（地址 p + n * sizeof(T)）
n + p, p - n, *(p + n), *(p - n) 分別為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
  • 指針變量可以自增、自減 (p++, ++p, p–, –p)即p指向的地址n + sizeof(T)或者n – sizeof(T)
  • 指針可以用下標運算符"[]"進行運算
p是一個T*類型的指針
n是整數類型的變量或常量
p[n]等價於*(p + n)

空指針 

地址0不能訪問。指向地址0的指針就是空指針

可以用"NULL"關鍵字對任何類型的指針進行賦值。NULL實際上就是整數0，值為NULL的指針就是空指針

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

指針作為函數參數（形參是實參的一個拷貝）

指針和數組

數組的名字是一個指針常量（指向數組的起始地址）

T a[N];
a的類型是T*
可以用a給一個T*類型的指針賦值
a是編譯時其值就確定瞭的常量，不能夠對a進行賦值

作為函數形參時，T *p和 T p[]等價

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

引用

類型名 & 引用名 = 某變量名；（定義瞭一個引用，將其初始化為引用某個變量）

int n = 4;
int & r = n; //r引用瞭n， r的類型是int &v

某個變量的引用，等價於這個變量，相當於該變量的一個別名

  • 定義引用時一定要將其初始化成引用某個變量
  • 初始化後，它就一直引用該變量，不會再引用別的變量
  • 引用隻能引用變量，不能引用常量和表達式

引用作為函數的返回值

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

常引用

定義引用時，前面加const關鍵字，即為"常引用"

int n;
const int & r = n;    //r的類型是const int &
不能通過常引用去修改其引用的內容:
int n = 100;
const int & r = n;
r = 200;    //編譯錯誤
n = 300;    //ok

常引用和非常引用的轉換

const T &和 T &是不同的類型，T &類型的引用或T類型的變量可以用來初始化const T &類型的引用；const T類型的常變量和const T &類型的引用則不能用來初始化T &類型的引用。

STL

STL中六大組件

容器（Container），一種數據結構（包含一組元素或元素集合的對象），基本容器：向量（vector）, 雙端隊列（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），其中每個元素均有固定位置–取決於插入時機和地點，和元素值無關（vector, deque, list）

關聯式容器（Associative containers），元素位置取決於特定的排序準則以及元素值，和插入次序無關（set, multiset, map, multimap）

迭代器（Iterator）

迭代器Iterator，用來在一個對象集群（collection of objects）的元素上進行遍歷。這個對象集群或許是一個容器，或許是容器的一部分。迭代器的主要好處是，為所有容器提供瞭一組很小的公共接口。迭代器以++進行累進，以*進行提領，因而類似於指針，可以將其視為一種smart pointer。

例如++操作可以遍歷至集群內的下一個元素。至於如何完成，取決於容器內部的數據組織形式。

每種容器都提供自己的迭代器，而這些迭代器能夠瞭解容器內部的數據結構

算法（Algorithm）

用來處理群集內的元素。它們可以出於不同的目的而搜尋、排序、修改、使用那些元素。通過迭代器的協助，我們可以隻需編寫一次算法，就可以將它應用於任意容器，這是因為所有的容器迭代器都提供一致的接口。

仿函數（Functor）

適配器（Adaptor）

提供三種順序容器適配器：queue(FIFO隊列)，priority_queue(優先級隊列)，stack(棧)。

適配器對容器進行包裝，使其表現出另外一種行為。倘若要使用適配器，需要加入頭文件

分配器（Allocator）

常用容器用法介紹

vector

一個數組必須有固定的長度，在開數組的時候，此長度就被靜態地確定下來。但vector卻是數組的"加強版"，vector理解為一個"變長數組"

事實上，vector的實現方式是基於倍增思想的：假如vector的實際長度為n，m為vector當前的最大長度，那麼在加入一個元素的時候，先看一下，假如當前的n=m，則再動態申請一個2m大小的內存。反之，在刪除的時候，如果n≥m/2，則再釋放一半的內存。

#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()                從vector末尾加入一個元素

vec.size()        返回vector當前的長度（大小）

vec.pop_back()        從vector末尾刪除一個元素

vec.empty()        返回vector是否為空，1為空，0不為空

vec.clear()        清空vector             

vector容器是支持隨機訪問的，可以像數組一樣用[]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 

  • 有迭代器，使用迭代器修改        auto iter = v.begin(),        *iter = 1
  • 使用索引進行修改    v[0] = 1

deque（雙端隊列）

#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()        從隊尾入隊一個元素

q.push_front()        從隊頭入隊一個元素

q.pop_back()        從隊尾出隊一個元素

q.pop_front()        從隊頭出隊一個元素

q.size()z        隊列中元素個數

q.clear()        清空隊列

deque支持隨機訪問，可以像數組下標一樣取出其中的一個元素。即q[i]

deque容器可以被應用到SPFA算法的SLF優化：SPFA算法的優化方式

set

set滿足互異性，set集合中的元素是默認升序的（set容器自動有序和快速添加、刪除的性質是由其內部實現：紅黑樹（平衡樹的一種））

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

s.empty()        返回集合是否為空，是為1，否為0

s.size()        返回當前集合的元素個數

s.clear()        清空當前集合

s.begin(), s.end()        返回集合的首尾迭代器（迭代器是一種指針。這裡需要註意的是，由於計算機區間“前閉後開”的結構，begin()函數返回的指針指向的的確是集合的第一個元素。但end()返回的指針卻指向瞭集合最後一個元素後面一個元素。） 

s.insert(k)        集合中加入元素k

s.erase(k)        集合中刪除元素k

s.find(k)        返回集合中指向元素k的迭代器。如果不存在這個元素，就返回s.end()，這個性質可以用來判斷集合中有沒有這個元素。

s.lower_bound()        返回集合中第一個大於等於關鍵字的元素

s.upper_bound()        返回集合中第一個嚴格大於關鍵字的元素

multiset(有序多重集合)

s.erase(k)       

erase(k)函數在set容器中表示刪除集合中元素k。但在multiset容器中表示刪除所有等於k的元素。

倘若隻刪除這些元素中的一個元素

if((it = s.find(a)) != s.end())
    s.erase(it);
if中的條件語句表示定義瞭一個指向一個a元素的迭代器，如果這個迭代器不等於s.end(),
就說明這個元素的確存在，就可以直接刪除這個迭代器指向的元素。

s.count(k)        count(k)函數返回集合中元素k的個數，為multiset所獨有。 

map

可以根據鍵值快速地找到這個映射出的數據， map容器的內部實現是一棵紅黑樹

#include<map>
map<int, char> mp;
建立一個從整型變量到字符型變量的映射
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';    //修改鍵值對中的值
map<int, char>::iterator iter;
iter = mp.find(3);
iter->second = 'y';
cout << iter->second << endl;
//刪除
mp.erase(2);    //刪除鍵值對
//遍歷
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()        清空函數操作

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()        從queue末尾加入一個元素

q.size()        返回queue當前的長度（大小）

q.pop()        從queue隊首刪除一個元素

q.empty()        返回queue是否為空，1為空，0不為空

priority_queue

優先隊列在隊列的基礎上，將其中的元素加以排序。其內部實現是一個二叉堆。優先隊列即為將堆模板化，將所有入隊的元素排成具有單調性的一隊，方便我們調用。

大根堆聲明就是將大的元素放在堆頂的堆。優先隊列默認實現的就是大根堆。

小根堆聲明就是將小的元素放在堆頂的堆。

#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中加入一個元素

q.size()        返回priority_queue當前的長度（大小）

q.pop()        從priority_queue末尾刪除一個元素

q.empty()        返回priority_queue是否為空，1為空，0不為空 

stack（棧）

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

st.top()        返回stack的棧頂元素

st.push()        從stack棧頂加入一個元素

st.size()        返回stack當前的長度（大小）

st.pop()        從stack棧頂彈出一個元素

st.empty()        返回stack是否為空，1為空，0不為空

string(字符串操作)

其實string容器就是一個字符串

操作 string 字符陣列
聲明字符串 string s char s[100]
取得第i個字符 s[i] s[i]
字符串長度 s.length(), s.size() strlen(s) 不計\0
讀取一行 getline(cin, s) gets(s)
設成某字符串 s = "TCGS" strcpy(s, "TCGS")
字符串相加 s = s + "TCGS" strcat(s, "TCGS")
字符串比較 s == "TCGS" strcmp(s, "TCGS")

重載運算符

C++語言中已經給出的運算符（算數運算符和邏輯運算符）隻是針對C++語言中已經給定的數據類型進行運算。倘若我們想要對我們自定義數據類型進行運算的話，則需要重載運算符，我們可以把重載運算符理解為對已有的運算符的一種重新定義。

重載運算符的實現

語法格式如下
<返回類型> operator <運算符符號>（<參數>）
{
    <定義>;
}
//定義結構體
struct node
{
    int id;
    double x, y;
}; 
//重載運算符"<"
bool operator < (const node &a, const node &b)  
{
    if(a.x != b.x)
        return a.x < b.x;
    else
        return a.y < b.y;
}

總結

本篇文章就到這裡瞭，希望能夠給你帶來幫助，也希望您能夠多多關註WalkonNet的更多內容!  

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