【C/C++】algorithm清单以及适用场景

news2025/6/8 17:10:27

文章目录

algorithm清单以及适用场景
- 1 算法介绍
- - 1.1 分类
  - 1.2 非修改序列算法
  - 1.3 修改序列算法
  - 1.4 排序与堆算法
  - 1.5 集合操作算法（要求有序）
  - 1.5 查找算法
  - 1.6 二分查找算法（有序区间）
  - 1.7 去重与分区算法
  - 1.8 数值算法 `<numeric>`
- 2 适用场景
- - 2.1 遍历与条件检查
  - 2.2 修改容器内容（非排序）
  - 2.3 排序、分区与堆处理
  - 2.4 二分查找（有序容器）
  - 2.5 集合操作（有序容器）
  - 2.6 去重、分组与映射
  - 2.7 数值运算 `<numeric>`
- 总结：使用 STL 算法的优势

algorithm清单以及适用场景

C++ 标准库 <algorithm> 中 STL 算法函数主要作用于迭代器区间 [first, last)，并对容器元素进行操作。

1 算法介绍

1.2 非修改序列算法

函数	说明
`for_each`	对每个元素应用函数
`count` / `count_if`	统计等于/满足条件的元素个数
`find` / `find_if` / `find_if_not`	查找元素
`mismatch`	找出第一个不匹配的元素对
`equal`	判断两个区间是否相等
`all_of` / `any_of` / `none_of`	判断所有/任一/无元素满足条件

1.3 修改序列算法

函数	说明
`copy` / `copy_if`	拷贝元素
`move`	移动元素
`fill` / `fill_n`	用指定值填充区间
`transform`	应用函数于每个元素
`replace` / `replace_if` / `replace_copy`	替换元素
`remove` / `remove_if` / `remove_copy`	删除元素（惰性）
`unique` / `unique_copy`	删除连续重复元素
`reverse` / `reverse_copy`	反转区间
`rotate` / `rotate_copy`	旋转元素
`shuffle`	随机打乱
`swap_ranges`	交换两个区间元素
`partition` / `stable_partition`	分区（按条件拆分）

1.4 排序与堆算法

函数	说明
`sort` / `stable_sort`	快速排序 / 稳定排序
`partial_sort` / `partial_sort_copy`	局部排序
`nth_element`	找第 n 小的元素，部分排序
`is_sorted` / `is_sorted_until`	判断是否已排序
`make_heap` / `push_heap` / `pop_heap` / `sort_heap`	堆算法
`is_heap` / `is_heap_until`	是否为堆

1.5 集合操作算法（要求有序）

函数	说明
`merge`	合并两个有序区间
`includes`	是否包含另一区间
`set_union`	并集
`set_intersection`	交集
`set_difference`	差集
`set_symmetric_difference`	对称差集

1.5 查找算法

函数	说明
`find` / `find_if` / `find_if_not`	基础查找
`search` / `search_n`	区间搜索（子序列）
`adjacent_find`	找相邻相等元素
`max_element` / `min_element`	找最大/最小值
`lexicographical_compare`	字典序比较
`clamp`	限制值在范围内

1.6 二分查找算法（有序区间）

函数	说明
`binary_search`	判断是否存在元素
`lower_bound`	第一个 ≥ value 的位置
`upper_bound`	第一个 > value 的位置
`equal_range`	返回 `[lower_bound, upper_bound)` 对

1.7 去重与分区算法

函数	说明
`unique`	删除连续重复值
`partition`	按条件划分元素
`stable_partition`	稳定版本分区

1.8 数值算法 `<numeric>`

虽然不在 <algorithm> 中，但常配套使用：

函数	说明
`accumulate`	求和（或自定义函数）
`inner_product`	内积
`partial_sum`	前缀和
`adjacent_difference`	相邻差值

2 适用场景

<algorithm> 中的 STL 算法涵盖了绝大多数常见的数据处理操作 —— 排序、查找、修改、合并、去重等。

2.1 遍历与条件检查

遍历元素并做处理
检查是否满足某个条件
查找满足某条件的元素

函数	典型用途
`for_each`	批量操作，例如打印元素
`all_of / any_of / none_of`	验证所有/部分元素是否满足条件
`find`, `find_if`	查找指定元素或满足条件的第一个元素
`count`, `count_if`	统计元素个数（或满足条件）

2.2 修改容器内容（非排序）

替换、删除、移动或复制元素
批量处理内容生成新容器

函数	典型用途
`copy`, `copy_if`	拷贝部分元素到另一个容器
`replace`, `replace_if`	替换满足条件的元素
`remove`, `remove_if`	删除元素（注意配合 `erase` 使用）
`transform`	元素映射（如 `map + lambda`）
`fill`, `generate`	用指定值或函数填充容器

2.3 排序、分区与堆处理

排序列表或结构体
快速找中位数或前 K 大元素
使用堆进行优先队列处理

函数	典型用途
`sort`, `stable_sort`	排序，结构体时配合 `lambda`
`nth_element`	找第 K 大（或小）元素（O(n)）
`is_sorted`	判断是否已排序
`partition`, `stable_partition`	分离满足条件的元素
`make_heap`, `pop_heap`	优先队列模拟，堆结构处理

2.4 二分查找（有序容器）

有序数组查找元素或插入位置
实现 lower_bound 行为

函数	典型用途
`lower_bound`	第一个 ≥ value 的位置
`upper_bound`	第一个 > value 的位置
`equal_range`	返回一对边界迭代器
`binary_search`	判断元素是否存在

特别适合：std::vector、std::array 上使用，要求 已排序

2.5 集合操作（有序容器）

处理交集、并集、差集等集合操作（如考试合格名单、权限集合等）

函数	典型用途
`set_union`, `set_intersection`	合并或找交集
`set_difference`	A 中不在 B 中的元素
`includes`	判断是否完全包含

📌 这些都要求参与操作的容器是有序的

2.6 去重、分组与映射

去除重复数据
将数据按条件拆分分组

函数	典型用途
`unique`	移除连续重复元素
`adjacent_find`	查找相邻重复元素
`group_by`（C++23）	分组逻辑（新特性）

2.7 数值运算 `<numeric>`

前缀和、内积、差分等数学处理

函数	典型用途
`accumulate`	累加求和
`partial_sum`	构建前缀和数组
`inner_product`	点积计算
`adjacent_difference`	构建差分数组

总结：使用 STL 算法的优势

优点	说明
✅ 简洁	大多数操作 1 行搞定
✅ 高效	内部优化 + 编译器识别
✅ 安全	避免手写循环时的越界、逻辑错误
✅ 可读性好	和业务逻辑贴近，便于维护