C++中指針,引用和STL的示例分析

這篇文章主要介紹C++中指針,引用和STL的示例分析，文中介紹的非常詳細(xì)，具有一定的參考價(jià)值，感興趣的小伙伴們一定要看完！

對象的定義：對象是指一塊能存儲數(shù)據(jù)并具有某種類型的內(nèi)存空間

一個(gè)對象a，它有值和地址；運(yùn)行程序時(shí)，計(jì)算機(jī)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(gè)變量都被存放在從某個(gè)內(nèi)存地址（以字節(jié)為單位）開始的若干個(gè)字節(jié)中；"指針"，也稱作"指針變量"，大小為4個(gè)字節(jié)（或8個(gè)字節(jié)）的變量，其內(nèi)容代表一個(gè)內(nèi)存地址；通過指針，能夠?qū)υ撝羔樦赶虻膬?nèi)存區(qū)域進(jìn)行讀寫。

int * p;    //p是一個(gè)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(dá)式 *p，可以讀寫從地址p開始的sizeof(T)個(gè)字節(jié)
*p    等價(jià)于存放在地址p處的一個(gè)T類型的變量
*     間接引用運(yùn)算符
sizeof(T*)    4字節(jié)（64位計(jì)算機(jī)上可能8字節(jié)）

char ch2 = 'A'
char *pc = &ch2;    //使得pc指向變量ch2
&: 取地址運(yùn)算符
&x: 變量x的地址（即指向x的指針），對于類型為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(nèi)存空間的手段

不需要通過變量，就能對內(nèi)存直接進(jìn)行操作。通過指針，程序能訪問的內(nèi)存區(qū)域就不僅限于變量所占據(jù)的數(shù)據(jù)區(qū)域。

指針的相互賦值

不同類型的指針，如果不經(jīng)過強(qiáng)制類型轉(zhuǎn)換，不能直接互相賦值。

指針的運(yùn)算

• 兩個(gè)同類型的指針變量，可以比較大?。ū容^的是地址空間的大?。?/p>

• 兩個(gè)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(gè)整數(shù)的結(jié)果是指針

p: T*類型的指針
n: 整數(shù)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(biāo)運(yùn)算符"[]"進(jìn)行運(yùn)算

p是一個(gè)T*類型的指針
n是整數(shù)類型的變量或常量
p[n]等價(jià)于*(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(guān)鍵字對任何類型的指針進(jìn)行賦值。NULL實(shí)際上就是整數(shù)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(shù)參數(shù)（形參是實(shí)參的一個(gè)拷貝）

指針和數(shù)組

數(shù)組的名字是一個(gè)指針常量（指向數(shù)組的起始地址）

T a[N];
a的類型是T*
可以用a給一個(gè)T*類型的指針賦值
a是編譯時(shí)其值就確定了的常量，不能夠?qū)進(jìn)行賦值

作為函數(shù)形參時(shí)，T *p和 T p[]等價(jià)

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；（定義了一個(gè)引用，將其初始化為引用某個(gè)變量）

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

某個(gè)變量的引用，等價(jià)于這個(gè)變量，相當(dāng)于該變量的一個(gè)別名

• 定義引用時(shí)一定要將其初始化成引用某個(gè)變量

• 初始化后，它就一直引用該變量，不會再引用別的變量

• 引用只能引用變量，不能引用常量和表達(dá)式

引用作為函數(shù)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(shí)，前面加const關(guān)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(nèi)容:
int n = 100;
const int & r = n;
r = 200;    //編譯錯(cuò)誤
n = 300;    //ok

常引用和非常引用的轉(zhuǎn)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(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（包含一組元素或元素集合的對象），基本容器：向量（vector）, 雙端隊(duì)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(gè)元素均有固定位置--取決于插入時(shí)機(jī)和地點(diǎn)，和元素值無關(guān)（vector, deque, list）

關(guān)聯(lián)式容器（Associative containers），元素位置取決于特定的排序準(zhǔn)則以及元素值，和插入次序無關(guān)（set, multiset, map, multimap）

迭代器（Iterator）

迭代器Iterator，用來在一個(gè)對象集群（collection of objects）的元素上進(jìn)行遍歷。這個(gè)對象集群或許是一個(gè)容器，或許是容器的一部分。迭代器的主要好處是，為所有容器提供了一組很小的公共接口。迭代器以++進(jìn)行累進(jìn)，以*進(jìn)行提領(lǐng)，因而類似于指針，可以將其視為一種smart pointer。

例如++操作可以遍歷至集群內(nèi)的下一個(gè)元素。至于如何完成，取決于容器內(nèi)部的數(shù)據(jù)組織形式。

每種容器都提供自己的迭代器，而這些迭代器能夠了解容器內(nèi)部的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

算法（Algorithm）

用來處理群集內(nèi)的元素。它們可以出于不同的目的而搜尋、排序、修改、使用那些元素。通過迭代器的協(xié)助，我們可以只需編寫一次算法，就可以將它應(yīng)用于任意容器，這是因?yàn)樗械娜萜鞯鞫继峁┮恢碌慕涌凇?/p>

仿函數(shù)（Functor）

適配器（Adaptor）

提供三種順序容器適配器：queue(FIFO隊(duì)列)，priority_queue(優(yōu)先級隊(duì)列)，stack(棧)。

適配器對容器進(jìn)行包裝，使其表現(xiàn)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(gè)數(shù)組必須有固定的長度，在開數(shù)組的時(shí)候，此長度就被靜態(tài)地確定下來。但vector卻是數(shù)組的"加強(qiáng)版"，vector理解為一個(gè)"變長數(shù)組"

事實(shí)上，vector的實(shí)現(xiàn)方式是基于倍增思想的：假如vector的實(shí)際長度為n，m為vector當(dāng)前的最大長度，那么在加入一個(gè)元素的時(shí)候，先看一下，假如當(dāng)前的n=m，則再動態(tài)申請一個(gè)2m大小的內(nèi)存。反之，在刪除的時(shí)候，如果n≥m/2，則再釋放一半的內(nèi)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(gè)元素

vec.size()        返回vector當(dāng)前的長度（大小）

vec.pop_back()        從vector末尾刪除一個(gè)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(jī)訪問的，可以像數(shù)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(jìn)行修改    v[0] = 1

deque（雙端隊(duì)列）

#include<deque>deque<int>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(duì)尾入隊(duì)一個(gè)元素

q.push_front()        從隊(duì)頭入隊(duì)一個(gè)元素

q.pop_back()        從隊(duì)尾出隊(duì)一個(gè)元素

q.pop_front()        從隊(duì)頭出隊(duì)一個(gè)元素

q.size()z        隊(duì)列中元素個(gè)數(shù)

q.clear()        清空隊(duì)列

deque支持隨機(jī)訪問，可以像數(shù)組下標(biāo)一樣取出其中的一個(gè)元素。即q[i]

deque容器可以被應(yīng)用到SPFA算法的SLF優(yōu)化：SPFA算法的優(yōu)化方式

set

set滿足互異性，set集合中的元素是默認(rèn)升序的（set容器自動有序和快速添加、刪除的性質(zhì)是由其內(nèi)部實(shí)現(xiàn)：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(dāng)前集合的元素個(gè)數(shù)

s.clear()        清空當(dāng)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。這里需要注意的是，由于計(jì)算機(jī)區(qū)間“前閉后開”的結(jié)構(gòu)，begin()函數(shù)返回的指針指向的的確是集合的第一個(gè)元素。但end()返回的指針卻指向了集合最后一個(gè)元素后面一個(gè)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(gè)元素，就返回s.end()，這個(gè)性質(zhì)可以用來判斷集合中有沒有這個(gè)元素。

s.lower_bound()        返回集合中第一個(gè)大于等于關(guān)鍵字的元素

s.upper_bound()        返回集合中第一個(gè)嚴(yán)格大于關(guān)鍵字的元素

multiset(有序多重集合)

s.erase(k)       

erase(k)函數(shù)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于k的元素。

倘若只刪除這些元素中的一個(gè)元素

if((it = s.find(a)) != s.end())
    s.erase(it);
if中的條件語句表示定義了一個(gè)指向一個(gè)a元素的迭代器，如果這個(gè)迭代器不等于s.end(),
就說明這個(gè)元素的確存在，就可以直接刪除這個(gè)迭代器指向的元素。

s.count(k)        count(k)函數(shù)返回集合中元素k的個(gè)數(shù)，為multiset所獨(dú)有。 

map

可以根據(jù)鍵值快速地找到這個(gè)映射出的數(shù)據(jù)， map容器的內(nèi)部實(shí)現(xiàn)是一棵紅黑樹

#include<map>
map<int, char> mp;
建立一個(gè)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(shù)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(gè)元素

q.size()        返回queue當(dāng)前的長度（大小）

q.pop()        從queue隊(duì)首刪除一個(gè)元素

q.empty()        返回queue是否為空，1為空，0不為空

priority_queue

優(yōu)先隊(duì)列在隊(duì)列的基礎(chǔ)上，將其中的元素加以排序。其內(nèi)部實(shí)現(xiàn)是一個(gè)二叉堆。優(yōu)先隊(duì)列即為將堆模板化，將所有入隊(duì)的元素排成具有單調(diào)性的一隊(duì)，方便我們調(diào)用。

大根堆聲明就是將大的元素放在堆頂?shù)亩?。?yōu)先隊(duì)列默認(rèn)實(shí)現(xiàn)的就是大根堆。

小根堆聲明就是將小的元素放在堆頂?shù)亩选?/p>

#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(gè)元素

q.size()        返回priority_queue當(dāng)前的長度（大?。?/p>

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

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

stack（棧）

#include<stack>stack<int> st;stack<pair<int, int> > st;

st.top()        返回stack的棧頂元素

st.push()        從stack棧頂加入一個(gè)元素

st.size()        返回stack當(dāng)前的長度（大小）

st.pop()        從stack棧頂彈出一個(gè)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(shí)string容器就是一個(gè)字符串

重載運(yùn)算符

C++語言中已經(jīng)給出的運(yùn)算符（算數(shù)運(yùn)算符和邏輯運(yùn)算符）只是針對C++語言中已經(jīng)給定的數(shù)據(jù)類型進(jìn)行運(yùn)算。倘若我們想要對我們自定義數(shù)據(jù)類型進(jìn)行運(yùn)算的話，則需要重載運(yùn)算符，我們可以把重載運(yùn)算符理解為對已有的運(yùn)算符的一種重新定義。

重載運(yùn)算符的實(shí)現(xiàn)

語法格式如下
<返回類型> operator <運(yùn)算符符號>（<參數(shù)>）
{
    <定義>;
}

//定義結(jié)構(gòu)體
struct node
{
    int id;
    double x, y;
}; 
//重載運(yùn)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;
}

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