C++: STL 算法

1. STL算法概述

(1) 1.1 什么是STL算法？

STL算法是C++标准库提供的一组通用函数模板，用于操作容器中的数据。

为什么要用STL算法？

自己写	STL算法
要写循环	一行代码
容易出错	经过严格测试
性能不一定高	高度优化
代码长	代码简洁

生活类比：

自己写算法 = 手洗衣服（费时费力）
STL算法 = 洗衣机（一键搞定）

(2) 1.2 算法头文件

大多数STL算法在 algorithm 头文件中，数值算法在 numeric 中。

▶ 示例 2：STL算法应用（难度⭐）

CPP

#include <algorithm> // 大多数算法
#include <numeric> // 数值算法（accumulate等）

▶ 试一试

TEXT 📖 仅展示

（程序输出）

(3) 1.3 算法分类

STL算法按功能分为几大类：

类别	代表算法	说明
非修改算法	`find`、`count`、`for_each`	不修改容器内容
修改算法	`copy`、`transform`、`replace`	修改容器内容
排序算法	`sort`、`stable_sort`、`partial_sort`	排序相关
二分查找	`binary_search`、`lower_bound`	在已排序区间查找
合并算法	`merge`、`inplace_merge`	合并有序区间
数值算法	`accumulate`、`inner_product`	数值计算
集合算法	`set_union`、`set_intersection`	集合运算

2. 非修改算法

(1) 2.1 find——查找元素

功能： 在容器中查找指定元素，返回迭代器。

原型：

CPP

InputIt find(InputIt first, InputIt last, const T& value);

示例：查找成绩（难度⭐）

CPP

#include <iostream>
#include <vector>
#include <algorithm>

int main() {
 std::vector<int> scores = {85, 92, 78, 90, 88};
 
 // 查找成绩90
 auto it = std::find(scores.begin(), scores.end(), 90);
 
 if (it != scores.end()) {
 // 计算位置（索引）
 int index = std::distance(scores.begin(), it);
 std::cout << "找到成绩90，位置：" << index << std::endl;
 } else {
 std::cout << "没找到成绩90" << std::endl;
 }
 
 return 0;
}

TEXT 📖 仅展示

找到成绩90，位置：3

💡 提示：

找不到时返回 last（通常是 end()）
时间复杂度：O(n)

(2) 2.2 count——计数

功能： 统计容器中等于指定值的元素个数。

示例：统计满分人数（难度⭐）

CPP

#include <iostream>
#include <vector>
#include <algorithm>

int main() {
 std::vector<int> scores = {100, 85, 100, 92, 78, 100};
 
 // 统计满分（100分）人数
 int perfect = std::count(scores.begin(), scores.end(), 100);
 
 std::cout << "满分人数：" << perfect << std::endl; // 输出：3
 
 return 0;
}

(3) 2.3 for_each——遍历

功能： 对容器中每个元素执行指定操作。

示例：打印所有成绩（难度⭐）

CPP

#include <iostream>
#include <vector>
#include <algorithm>

int main() {
 std::vector<int> scores = {85, 92, 78, 90, 88};
 
 // 使用 lambda 表达式打印每个成绩
 std::for_each(scores.begin(), scores.end(), (int s) {
 std::cout << s << " ";
 });
 std::cout << std::endl;
 
 return 0;
}

TEXT 📖 仅展示

85 92 78 90 88

💡 提示：

for_each 比手写循环更简洁
配合 lambda 表达式非常强大

3. 修改算法

(1) 3.1 copy——复制

功能： 将一个区间的元素复制到另一个区间。

示例：数组复制（难度⭐）

CPP

#include <iostream>
#include <vector>
#include <algorithm>

int main() {
 std::vector<int> src = {1, 2, 3, 4, 5};
 std::vector<int> dst(5); // 目标容器，大小5
 
 // 复制
 std::copy(src.begin(), src.end(), dst.begin());
 
 // 打印结果
 for (int x : dst) {
 std::cout << x << " ";
 }
 std::cout << std::endl;
 
 return 0;
}

(2) 3.2 transform——变换

功能： 将一个区间的元素变换后复制到另一个区间。

示例：成绩加权（难度⭐⭐）

CPP

#include <iostream>
#include <vector>
#include <algorithm>

int main() {
 std::vector<int> scores = {85, 92, 78, 90, 88};
 std::vector<int> adjusted(scores.size()); // 调整后成绩
 
 // 平时成绩占70%，考试占30%
 std::transform(scores.begin(), scores.end(), adjusted.begin(),
 (int s) { return s * 0.7 + 90 * 0.3; });
 
 std::cout << "调整后成绩：";
 for (int x : adjusted) {
 std::cout << x << " ";
 }
 std::cout << std::endl;
 
 return 0;
}

TEXT 📖 仅展示

调整后成绩：86.5 91.9 81.6 90 88.6

(3) 3.3 replace——替换

功能： 将容器中等于某个值的元素替换为另一个值。

示例：补考成绩处理（难度⭐）

CPP

#include <iostream>
#include <vector>
#include <algorithm>

int main() {
 std::vector<int> scores = {85, 92, 78, 90, 88};
 
 // 将不及格的成绩（<60）替换为60（补考及格线）
 std::replace_if(scores.begin(), scores.end(),
 (int s) { return s < 60; },
 60);
 
 std::cout << "处理后成绩：";
 for (int x : scores) {
 std::cout << x << " ";
 }
 std::cout << std::endl;
 
 return 0;
}

4. 排序算法

(1) 4.1 sort——排序

功能： 对容器区间排序（默认升序）。

示例：成绩排序（难度⭐）

CPP

#include <iostream>
#include <vector>
#include <algorithm>

int main() {
 std::vector<int> scores = {85, 92, 78, 90, 88};
 
 // 升序排序
 std::sort(scores.begin(), scores.end());
 
 std::cout << "升序排序：";
 for (int x : scores) {
 std::cout << x << " ";
 }
 std::cout << std::endl;
 
 // 降序排序
 std::sort(scores.begin(), scores.end(), std::greater<int>());
 
 std::cout << "降序排序：";
 for (int x : scores) {
 std::cout << x << " ";
 }
 std::cout << std::endl;
 
 return 0;
}

TEXT 📖 仅展示

升序排序：78 85 88 90 92 
降序排序：92 90 88 85 78

(2) 4.2 自定义排序规则

示例：按成绩高低排序学生（难度⭐⭐）

CPP

#include <iostream>
#include <vector>
#include <algorithm>
#include <string>

struct Student {
 std::string name;
 int score;
};

int main() {
 std::vector<Student> students = {
 {"张三", 85},
 {"李四", 92},
 {"王五", 78}
 };
 
 // 按成绩降序排序
 std::sort(students.begin(), students.end(),
 (const Student& a, const Student& b) {
 return a.score > b.score;
 });
 
 std::cout << "成绩排名：" << std::endl;
 for (const auto& s : students) {
 std::cout << s.name << "：" << s.score << std::endl;
 }
 
 return 0;
}

TEXT 📖 仅展示

成绩排名：
李四：92
张三：85
王五：78

5. 数值算法

(1) 5.1 accumulate——累加

功能： 计算区间内元素的累加和。

示例：计算总分（难度⭐）

CPP

#include <iostream>
#include <vector>
#include <numeric>

int main() {
 std::vector<int> scores = {85, 92, 78, 90, 88};
 
 // 计算总分
 int total = std::accumulate(scores.begin(), scores.end(), 0);
 
 std::cout << "总分：" << total << std::endl; // 输出：433
 std::cout << "平均分：" << total / 5.0 << std::endl; // 输出：86.6
 
 return 0;
}

(2) 5.2 内层乘积

示例：向量点积（难度⭐⭐）

CPP

#include <iostream>
#include <vector>
#include <numeric>

int main() {
 std::vector<int> v1 = {1, 2, 3};
 std::vector<int> v2 = {4, 5, 6};
 
 // 计算点积：1*4 + 2*5 + 3*6 = 32
 int dot_product = std::inner_product(v1.begin(), v1.end(), v2.begin(), 0);
 
 std::cout << "向量点积：" << dot_product << std::endl; // 输出：32
 
 return 0;
}

6. 综合示例

▶ 示例 1：成绩分析系统（难度⭐⭐⭐）

CPP

#include <iostream>
#include <vector>
#include <algorithm>
#include <numeric>
#include <string>

int main() {
 std::vector<int> scores = {85, 92, 78, 90, 88, 76, 95, 83, 89, 91};
 
 // 1. 计算总人数
 int count = scores.size();
 std::cout << "总人数：" << count << std::endl;
 
 // 2. 计算总分和平均分
 int total = std::accumulate(scores.begin(), scores.end(), 0);
 double average = static_cast<double>(total) / count;
 std::cout << "总分：" << total << "，平均分：" << average << std::endl;
 
 // 3. 查找最高分和最低分
 int max_score = *std::max_element(scores.begin(), scores.end());
 int min_score = *std::min_element(scores.begin(), scores.end());
 std::cout << "最高分：" << max_score << "，最低分：" << min_score << std::endl;
 
 // 4. 统计及格人数
 int passed = std::count_if(scores.begin(), scores.end(),
 (int s) { return s >= 60; });
 std::cout << "及格人数：" << passed << std::endl;
 
 // 5. 排序并输出前3名
 std::vector<int> top3 = scores;
 std::sort(top3.begin(), top3.end(), std::greater<int>());
 std::cout << "前3名：";
 for (int i = 0; i < 3; i++) {
 std::cout << top3[i] << " ";
 }
 std::cout << std::endl;
 
 return 0;
}

▶ 试一试

TEXT 📖 仅展示

85 92 78 90 88 76 95 83 89 91

TEXT 📖 仅展示

总人数：10
总分：867，平均分：86.7
最高分：95，最低分：76
及格人数：10
前3名：95 92 91

7. 算法使用技巧

(1) 7.1 迭代器辅助函数

函数	功能
`std::distance(first, last)`	计算两个迭代器之间的距离
`std::advance(it, n)`	将迭代器前进n步
`std::next(it)`	返回下一个迭代器
`std::prev(it)`	返回前一个迭代器

(2) 7.2 Lambda表达式进阶

Lambda表达式是STL算法的好搭档：

CPP

// 基本形式
[capture](parameters) -> return_type { body }

// 示例：按多个条件排序
std::sort(students.begin(), students.end(),
 (const Student& a, const Student& b) {
 if (a.score != b.score)
 return a.score > b.score; // 先按成绩
 return a.name < b.name; // 再按姓名
 });

❓ 常见问题

Q STL算法和循环哪个快？

A STL算法通常更快，因为： - 经过高度优化 - 针对不同容器有特化版本 - 编译器可以更好地优化

Q 所有容器都能用STL算法吗？

A 理论上可以，但效率不同： - 顺序容器（vector、deque）：效率高 - 关联容器（set、map）：有自己成员函数，用成员函数更快

基本语法：

CPP

[capture](params) -> return_type { body }

示例：

CPP

auto add = (int a, int b) { return a + b; };
std::cout << add(3, 5) << std::endl; // 输出：8

Q 算法报错怎么办？

A 常见错误： 1. 容器未排序就用二分查找 → 先排序 2. 目标容器空间不足 → 用 back_inserter 3. 迭代器类型不匹配 → 检查容器类型

▶ 示例 3：sort排序（难度⭐）

CPP

#include <iostream>
#include <algorithm>
#include <vector>

int main() {
    std::vector<int> v = {5, 2, 8, 1, 9};

    std::sort(v.begin(), v.end());

    for (int x : v) {
        std::cout << x << " ";
    }
    std::cout << std::endl;

    return 0;
}

▶ 试一试

TEXT 📖 仅展示

1 2 3 4 5

💡 提示：std::sort 默认升序排序，传入迭代器范围 [begin, end)。

📖 小节

STL算法：通用函数模板，操作容器数据
非修改算法：find、count、for_each
修改算法：copy、transform、replace
排序算法：sort + 自定义比较函数
数值算法：accumulate（累加）
Lambda：匿名函数，配合算法使用

学习建议：

多用STL算法，少写循环
熟悉常用算法，查文档用不常用的
配合Lambda表达式，代码更简洁

📝 作业

**基础题 (Difficulty ⭐)：创建一个 vector<int> 包含 10 个随机数，用 sort 排序后输出，再用 reverse 反转后输出。
**进阶题 (Difficulty ⭐⭐)：用 find 在 vectorstring 中查找指定字符串，用 count 统计某个值出现的次数。
**挑战题 (Difficulty ⭐⭐⭐)：用 remove_if 和 lambda 实现"删除 vector 中所有偶数"的操作。理解 erase-remove 惯用法。

STL 算法操作迭代器范围，不与容器耦合
常用算法：sort/find/count/copy/reverse
算法分类：只读（find/count）、写（copy/fill）、排序（sort）
lambda 表达式作为算法参数更简洁
算法+lambda 比手写循环更简洁、更安全

下一课： 实战：OOP综合（#36）—— 用面向对象思想重构学生管理系统

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C++: STL 算法

1. STL算法概述

(1) 1.1 什么是STL算法？

(2) 1.2 算法头文件

▶ 示例 2：STL算法应用（难度⭐）

(3) 1.3 算法分类

2. 非修改算法

(1) 2.1 find——查找元素

(2) 2.2 count——计数

(3) 2.3 for_each——遍历

3. 修改算法

(1) 3.1 copy——复制

(2) 3.2 transform——变换

(3) 3.3 replace——替换

4. 排序算法

(1) 4.1 sort——排序

(2) 4.2 自定义排序规则

5. 数值算法

(1) 5.1 accumulate——累加

(2) 5.2 内层乘积

6. 综合示例

▶ 示例 1：成绩分析系统（难度⭐⭐⭐）

7. 算法使用技巧

(1) 7.1 迭代器辅助函数

(2) 7.2 Lambda表达式进阶

❓ 常见问题

▶ 示例 3：sort排序（难度⭐）

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