日志系统

MySQL可以恢复到半个月内任意一秒的状态,这是怎样做到的?

考虑一条更新语句的执行流程?

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mysql> create table T(ID int primary key, c int);
mysql> update T set c=c+1 where ID=2;

更新语句会与查询语句有很多相似地方(连接、缓存查询,分析等),与查询流程不一样的是,更新流程还涉及两个重要的日志模块redo log(重做日志)和 binlog(归档日志)。

redo log

在MySQL里,如果每一次的更新操作都需要写进磁盘,然后磁盘也要找到对应的那条记录,然后再更新,整个过程IO成本、查找成本都很高。为了解决这个问题,MySQL的设计者就用了WAL技术,WAL的全称是Write-Ahead Logging,它的关键点是先写日志,再写磁盘。

具体来说,当有一条记录需要更新的时候,InnoDB引擎就会先把记录写到redo log里面,并更新内存,这个时候更新就算完成了。同时,InnoDB引擎会在适当的时候,将这个操作记录更新到磁盘里面,而这个更新往往是在系统比较空闲的时候做

InnoDB的redo log是固定大小的,比如可以配置为一组4个文件,每个文件的大小是1GB,那么总共就可以记录4GB的操作从头开始写,写到末尾就又回到开头循环写,如下面这个图所示:

redo_log

write pos是当前记录的位置,一边写一边后移,写到第3号文件末尾后就回到0号文件开头。checkpoint是当前要擦除的位置,也是往后推移并且循环的,擦除记录前要把记录更新到数据文件。

write pos和checkpoint之间的是还空着的部分(write pos后面以及checkpoint前面的部分),可以用来记录新的操作。如果write pos追上checkpoint,表示log满了,这时候不能再执行新的更新,得停下来先擦掉一些记录,把checkpoint推进一下

有了redo log,InnoDB就可以保证即使数据库发生异常重启,之前提交的记录都不会丢失,这个能力称为crash-safe。

innodb_flush_log_at_trx_commit这个参数设置成1的时候,表示每次事务的redo log都直接持久化到磁盘。这个参数建议你设置成1,这样可以保证MySQL异常重启之后数据不丢失。

binlog

redo log是InnoDB引擎特有的日志,而Server层也有自己的日志,称为binlog(归档日志)。

为什么会有两份日志?因为最开始MySQL里并没有InnoDB引擎。MySQL自带的引擎是MyISAM,但是MyISAM没有crash-safe的能力,binlog日志只能用于归档。而InnoDB是另一个公司以插件形式引入MySQL的,既然只依靠binlog是没有crash-safe能力的,所以InnoDB使用另外一套日志系统——也就是redo log来实现crash-safe能力。

两种日志的不同点:

  • redo log是InnoDB引擎特有的;binlog是MySQL的Server层实现的,所有引擎都可以使用。

  • redo log是物理日志,记录的是“在某个数据页上做了什么修改”;binlog是逻辑日志,记录的是这个语句的原始逻辑,比如“给ID=2这一行的c字段加1 ”。

  • redo log是循环写的,空间固定会用完;binlog是可以追加写入的。“追加写”是指binlog文件写到一定大小后会切换到下一个,并不会覆盖以前的日志

sync_binlog这个参数设置成1的时候,表示每次事务的binlog都持久化到磁盘。这个参数建议设置成1,这样可以保证MySQL异常重启之后binlog不丢失

执行器和InnoDB引擎在执行一个简单的update(update T set c=c+1 where ID=2)语句时的内部流程:

  • 执行器先找引擎取ID=2这一行。ID是主键,引擎直接用树搜索找到这一行。如果ID=2这一行所在的数据页本来就在内存中,就直接返回给执行器;否则,需要先从磁盘读入内存,然后再返回。

  • 执行器拿到引擎给的行数据,把这个值加上1,比如原来是N,现在就是N+1,得到新的一行数据,再调用引擎接口写入这行新数据。

  • 引擎将这行新数据更新到内存中,同时将这个更新操作记录到redo log里面,此时redo log处于prepare状态。然后告知执行器执行完成了,随时可以提交事务。

  • 执行器生成这个操作的binlog,并把binlog写入磁盘。

  • 执行器调用引擎的提交事务接口,引擎把刚刚写入的redo log改成提交(commit)状态,更新完成。

将redo log的写入拆成了两个步骤:prepare和commit,这就是“两阶段提交”

redo log的两阶段提交

两阶段提交的目的是为了让两份日志之间的逻辑一致

反证法:

仍然用前面的update语句来做例子。假设当前ID=2的行,字段c的值是0,再假设执行update语句过程中在写完第一个日志后,第二个日志还没有写完期间发生了crash,会出现什么情况呢?

  • 先写redo log后写binlog。假设在redo log写完,binlog还没有写完的时候,MySQL进程异常重启。前面说过,redo log写完之后,系统即使崩溃,仍然能够把数据恢复回来,所以恢复后这一行c的值是1。但是由于binlog没写完就crash了,这时候binlog里面就没有记录这个语句。因此,之后备份日志的时候,存起来的binlog里面就没有这条语句。然后会发现,如果需要用这个binlog来恢复临时库的话,由于这个语句的binlog丢失,这个临时库就会少了这一次更新,恢复出来的这一行c的值就是0,与原库的值不同。

  • 先写binlog后写redo log。如果在binlog写完之后crash,由于redo log还没写,崩溃恢复以后这个事务无效,所以这一行c的值是0。但是binlog里面已经记录了“把c从0改成1”这个日志。所以,在之后用binlog来恢复的时候就多了一个事务出来,恢复出来的这一行c的值就是1,与原库的值不同。

可以看到,如果不使用“两阶段提交”,那么数据库的状态就有可能和用它的日志恢复出来的库的状态不一致。

当需要恢复到指定的某一秒时,比如某天下午两点发现中午十二点有一次误删表,需要找回数据,可以这么做:

  • 首先,找到最近的一次全量备份,如果运气好,可能就是昨天晚上的一个备份,从这个备份恢复到临时库
  • 然后,从备份的时间点开始,将备份的binlog依次取出来,重放到中午误删表之前的那个时刻。

这样临时库就跟误删之前的线上库一样了,然后可以把表数据从临时库取出来,按需要恢复到线上库去。不只是误操作后需要用这个过程来恢复数据。当需要扩容的时候,也就是需要再多搭建一些备库来增加系统的读能力的时候,现在常见的做法也是用全量备份加上应用binlog来实现的,这个“不一致”就会导致你的线上出现主从数据库不一致的情况。

简单说,redo log和binlog都可以用于表示事务的提交状态,而两阶段提交就是让这两个状态保持逻辑上的一致。

参考

《MySql实战45讲》

MVCC

实验1:

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set session autocommit=off;  
update users set lastUpdate=now() where id =1;

--在未做commit/rollback操作之前
--在其他的事务能不能进行对应数据的查询(特别是加上了X锁的数据)
select * from users where id > 1;
select * from users where id = 1;

实验2:

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begin 
select * from users where id =1 ;

begin
update users set lastUpdate=now() where id =1;
select * from users where id =1;

两个实验从结果上来看是一致的,底层实现是一样的吗?跟MVCC有什么关系?

MVCC

multiversion concurrency control (多版本并发控制):并发访问(读或写)数据库时,对正在事务内处理的数据做多版本的管理。达到避免写操作的堵塞,从而引发读操作的并发问题。

MVCC插入逻辑流程 :

MVCC插入逻辑流程

MVCC删除逻辑流程:

MVCC删除逻辑流程

MVCC修改逻辑流程:

MVCC修改逻辑流程

MVCC查询逻辑流程:

MVCC查询逻辑流程

事务

事务的ACID特性

  • 原子性(Atomicity) 最小的工作单元,整个工作单元要么一起提交成功,要么全部失败回滚
  • 一致性(Consistency) 事务中操作的数据及状态改变是一致的,即写入资料的结果必须完全符合预设的规则,不会因为出现系统意外等原因导致状态的不一致。
  • 隔离性(Isolation) 一个事务所操作的数据在提交之前,对其他事务的可见性设定(一般设定为不可见)。
  • 持久性(Durability) 事务所做的修改就会永久保存,不会因为系统意外导致数据的丢失。

事务并发带来的的问题

  • 脏读:在不同事务下,当前事务可以读到另外事务未提交的数据

脏读

  • 不可重复读:在一个事务内多次读取同一数据集合在这一事务还未结束前,另一事务也访问了该同一数据集合并做了修改,由于第二个事务的修改,第一次事务的两次读取的数据可能不一致。

不可重复读

  • 幻读:本质上也属于不可重复读的情况,T1读取某个范围的数据,T2在这个范围内插入新的数据,T1再次读取这个范围的数据,此时读取的结果和和第一次读取的结果不同。

幻读

事务的隔离级别

  • 未提交读:事务中的修改,即使没有提交,对其它事务也是可见的
    • 存在脏读,不能解决并发问题
  • Read Committed(提交读):一个事务开始之后,只能看到自己提交的事务所做的修改。
    • 解决了脏读问题,没有解决不可重复读(nonrepeatable read) 问题
  • Repeatable Read (可重复读):在同一个事务中多次读取同样的数据结果是一样的。
    • 解决不可重复读问题,未定义解决幻读的问题
  • Serializable (串行化):解决所有问题 最高的隔离级别,通过强制事务的串行执行

查看mysql的设置的事务隔离级别:

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select @@tx_isolation; --默认为REPEATABLE-READ

mysql事务隔离级别

数据库锁

表锁和行锁

锁用于管理不同事务对共享资源的并发访问

表锁与行锁的区别:

  • 锁定粒度:表锁 > 行锁
  • 加锁效率:表锁 > 行锁
  • 冲突概率:表锁 > 行锁
  • 并发性能:表锁 < 行锁

InnoDB锁类型

InnoDB存储引擎支持行锁和表锁(另类的行锁)。

  • 共享锁(行锁):Shared Locks
    • 又称为读锁,简称S锁,顾名思义,共享锁就是多个事务对于同一数据可以共享一把锁,都能访问到数据,但是只能读不能修改
  • 排它锁(行锁):Exclusive Locks
    • 又称为写锁,简称X锁,排他锁不能与其他锁并存,如一个事务获取了一个数据行的排他锁,其他事务就不能再获取该行的锁(共享锁、排他锁),只有该获取了排他锁的事务是可以对数据行进行读取和修改,(其他事务要读取数据可来自于快照)。
  • 意向锁共享锁(表锁):Intention Shared Locks
  • 意向锁排它锁(表锁):Intention Exclusive Locks
  • 自增锁:AUTO-INC Locks
表锁操作

共享锁加锁释放锁语法:

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select * from users WHERE id=1 LOCK IN SHARE MODE;   
commit/rollback

排它锁加锁释锁方式:

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delete / update / insert 默认加上X锁  
SELECT * FROM table_name WHERE ... FOR UPDATE
commit/rollback

行锁的算法:

  • 记录锁 Record Locks
  • 间隙锁 Gap Locks
  • 临键锁 Next-key Locks
行锁
  • InnoDB的行锁是通过给索引上的索引项加锁来实现的。
  • 只有通过索引条件进行数据检索,InnoDB才使用行级锁,否则,InnoDB 将使用表锁(锁住索引的所有记录)
  • 使用二级索引(辅助索引)去更新数据,会把二级索引和聚集索引都上锁

  • 意向共享锁(IS) :表示事务准备给数据行加入共享锁,即一个数据行加共享锁前必须先取得该表的IS锁,意向共享锁之间是可以相互兼容的。

  • 意向排它锁(IX) :表示事务准备给数据行加入排他锁,即一个数据行加排他锁前必须先取得该表的IX锁,意向排它锁之间是可以相互兼容的。

意向锁(IS、IX)是InnoDB数据操作之前自动加的,不需要用户干预

意义:当事务想去进行锁表时,可以先判断意向锁是否存在,存在时则可快速返回该表不能启用表锁。

自增锁:AUTO-INC Locks
  • 针对自增列自增长的一个特殊的表级别锁
  • show variables like 'innodb_autoinc_lock_mode';
  • 默认取值1,代表连续,事务未提交ID永久丢失
临键锁Next-key locks

临键锁

  • 锁住记录+区间(左开右闭)
  • 当sql执行按照索引进行数据的检索时,查询条件为范围查找(between and、<、>等)并有数据命中则此时SQL语句加上的锁为Next-key locks,锁住索引的记录+区间(左开右闭)
间隙锁Gap locks

间隙锁

  • 锁住数据不存在的区间(左开右开)
  • 当sql执行按照索引进行数据的检索时,查询条件的数据不存在,这时SQL语句加上的锁即为 Gap locks,锁住索引不存在的区间(左开右开)
记录锁Record locks

记录锁

  • 锁住具体的索引项
  • 当sql执行按照唯一性(Primary key、Unique key)索引进行数据的检索时,查询条件等值匹 配且查询的数据存在,这时SQL语句加上的锁即为记录锁Record locks,锁住具体的索引项

利用锁解决并发问题

解决脏读 :

解决脏读

解决不可重复读 :

解决不可重复读

解决幻读:

解决幻读

死锁

  • 多个并发事务(2个或者以上);
  • 每个事务都持有锁(或者是已经在等待锁);
  • 每个事务都需要再继续持有锁;
  • 事务之间产生加锁的循环等待,形成死锁

死锁的避免

  • 类似的业务逻辑以固定的顺序访问表和行
  • 大事务拆小。大事务更倾向于死锁,如果业务允许,将大事务拆小
  • 同一个事务中,尽可能做到一次锁定所需要的所有资源,减少死锁概率。
  • 降低隔离级别,如果业务允许,将隔离级别调低也是较好的选择
  • 为表添加合理的索引。可以看到如果不走索引将会为表的每一行记录添 加上锁(或者说是表锁)

Mysql体系结构

mysql体系结构

  • Client Connectors

    • 接入方 支持协议很多
    • Management Serveices & Utilities 系统管理和控制工具,mysql dump、 mysql复制集群、分区管理等
  • Connection Pool

    • 连接池:管理缓冲用户连接、用户名、密码、权限校验、线程处理等需要缓存的需求
  • SQL Interface

    • SQL接口:接受用户的SQL命令,并且返回用户需要查询的结果
  • Parser

    • 解析器,SQL命令传递到解析器的时候会被解析器验证和解析。解析器是由Lex和YACC实现的
  • Optimizer

    • 查询优化器,SQL语句在查询之前会使用查询优化器对查询进行优化
  • Cache和Buffer(高速缓存区)

    • 查询缓存,如果查询缓存有命中的查询结果,查询语句就可以直接去查询缓存中取数据
  • pluggable storage Engines

    • 插件式存储引擎。存储引擎是MySql中具体的与文件打交道的子系统
  • file system

    • 文件系统,数据、日志(redo,undo)、索引、错误日志、查询记录、慢查询等

Mysql查询优化

查询过程

client/server通信

Mysql客户端与服务端的通信方式是“半双工”;

  • 全双工:双向通信,发送同时也可以接收(tcp握手过程)
  • 半双工:双向通信,同时只能接收或者是发送,无法同时做操作
    • 半双工通信: 在任何一个时刻,要么是有服务器向客户端发送数据,要么是客户端向服务端发送数据,这两个动作不能同时发生。所以我们无法也无需将一个消息切成小块进行传输。
    • 特点和限制: 客户端一旦开始发送消息,另一端要接收完整个消息才能响应。
    • 客户端一旦开始接收数据没法停下来发送指令。
  • 单工:只能单一方向传送

查询状态

对于一个mysql连接,或者说一个线程,时刻都有一个状态来标识这个连接正在做什么。

查看命令 show full processlist / show processlist

查询参数

  • Sleep:线程正在等待客户端发送数据
  • Query:连接线程正在执行查询
  • Locked:线程正在等待表锁的释放
  • Sorting result:线程正在对结果进行排序
  • Sending data:向请求端返回数据

可通过kill {id}的方式进行连接的杀掉

查询缓存

  • 工作原理:
    • 缓存SELECT操作的结果集和SQL语句
    • 新的SELECT语句,先去查询缓存,判断是否存在可用的记录集
  • 判断标准:
    • 与缓存的SQL语句,是否完全一样,区分大小写(简单认为存储了一个key-value结构,key为sql,value为sql查询结果集)。
  • 几个关键字
    • query_cache_type
      • 值:0 -– 不启用查询缓存,默认值
      • 值:1 -– 启用查询缓存,只要符合查询缓存的要求,客户端的查询语句和记录集都可以缓存起来,供其他客户端使用,加上SQL_NO_CACHE将不缓存
      • 值:2 -– 启用查询缓存,只要查询语句中添加了参数:SQL_CACHE,且符合查询缓存的要求,客户端的查询语句和记录集,则可以缓存起来,供其他客户端使用
    • query_cache_size
      • 允许设置query_cache_size的值最小为40K,默认1M,推荐设置为:64M/128M
    • query_cache_limit
      • 限制查询缓存区最大能缓存的查询记录集,默认设置为1M
      • show status like 'Qcache%'命令可查看缓存情况。
  • 不会缓存的情况

    • 当查询语句中有一些不确定的数据时,则不会被缓存。如包含函数NOW(),CURRENT_DATE()等类似的函数,或者用户自定义的函数,存储函数,用户变量等都不会被缓存。
    • 当查询的结果大于query_cache_limit设置的值时,结果不会被缓存。
    • 对于InnoDB引擎来说,当一个语句在事务中修改了某个表,那么在这个事务提交之前,所有与这个表相关的查询都无法被缓存。因此长时间执行事务,会大大降低缓存命中率。
    • 查询的表是系统表
    • 查询语句不涉及到表
  • 为什么mysql默认关闭了缓存开启

    • 在查询之前必须先检查是否命中缓存,浪费计算资源。
    • 如果这个查询可以被缓存,那么执行完成后,MySQL发现查询缓存中没有这个查询,则会将结果存入查询缓存,这会带来额外的系统消耗。
    • 针对表进行写入或更新数据时,将对应表的所有缓存都设置失效。
    • 如果查询缓存很大或者碎片很多时,这个操作可能带来很大的系统消耗。
  • 缓存适用业务场景

    • 读为主的业务,数据生成之后就不常改变的业务
    • 比如门户类、新闻类、报表类、论坛类等

查询优化处理

查询优化处理的三个阶段:

  • 解析:解析sql通过lex词法分析,yacc语法分析将sql语句解析成解析树
  • 预处理阶段:根据mysql的语法的规则进一步检查解析树的合法性,如:检查数据的表和列是否存在,解析名字和别名的设置,还会进行权限的验证
  • 查询优化器 :优化器的主要作用就是找到最优的执行计划

查询优化器如何找到最优执行计划:

  • 使用等价变化规则
    • 数据表的关联并不总是按照查询语句的顺序进行。
    • 5=5 and a>5 改写成 a>5 ,a5 and a=5
  • 将外连接转化为内连接
    • 并不是所有的OUTER JOIN都必须以外链接的方式进行。
  • 优化count 、min、max等函数
    • min函数只需找索引最左边
    • max函数只需找索引最右边
    • myisam引擎count(*)
  • 覆盖索引扫描
  • 子查询优化
  • 提前终止查询
    • 用了limit关键字或者使用不存在的条件
  • IN的优化
    • 先进行排序,再采用二分查找的方式

Mysql的查询优化器基于成本计算的原则,会尝试各种执行计划,以数据抽样的方式进行试验(随机的读取一个4K的数据块进行分析)。可用explain来进行分析。

查询执行引擎

调用插件式的存储引擎的原子API的功能进行执行计划的执行。

返回客户端

  • 有需要做缓存的,执行缓存操作。
  • 增量的返回结果:开始生成第一条结果时,mysql就开始往请求方逐步返回数据
    • 好处: mysql服务器无须保存过多的数据,浪费内存;用户体验好,马上就拿到了数据。

慢SQL

定位慢SQL:

  • 业务驱动
  • 测试驱动
  • 慢查询日志
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show variables like 'slow_query_log';
set global slow_query_log = on;
set global slow_query_log_file = '/var/lib/mysql/test-slow.log';
set global log_queries_not_using_indexes = on;
set global long_query_time = 0.1;
  • 慢查询日志分析

慢查询日志分析

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Time :日志记录的时间  
User@Host:执行的用户及主机
Query_time:查询耗费时间
Lock_time 锁表时间
Rows_sent 发送给请求方的记录条数
Rows_examined 语句扫描的记录条数
SET timestamp 语句执行的时间点
select .... 执行的具体语句
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mysqldumpslow -t 10 -s at /var/lib/mysql/test-slow.log

慢查询工具

Mysql插拔式存储引擎

mysql存储引擎简介

  • 插拔式的插件方式。
  • 存储引擎是指定在表之上的,即一个库中的每一个表都可以指定专用的存储引擎。
  • 不管表采用什么样的存储引擎,都会在数据区产生对应的一个frm文件(表结构定义描述文件)。

Innodb

  • Mysql5.5及以后版本的默认存储引擎

  • Key Advantages:

    • Its DML operations follow the ACID model [事务ACID]
    • Row-level locking[行级锁]
    • InnoDB tables arrange your data on disk to optimize queries based on primary keys[聚集索引(主键索引)方式进行数据存储]
    • To maintain data integrity, InnoDB supports FOREIGN KEY constraints[支持外键关系保证数据完整性]

Myisam

  • Mysql5.5版本之前的默认存储引擎 ,较多的系统表也还是使用这个存储引,系统临时表也会用到Myisam存储引擎

  • 特点:

    • select count(*) from table 无需进行数据的扫描
    • 数据(MYD)和索引(MYI)分开存储
    • 表级锁
    • 不支持事务

Memory存储引擎

  • 数据都是存储在内存中,IO效率要比其他引擎高很多。
  • 服务重启数据丢失,内存数据表默认只有16M

  • 特点:

    • 支持hash索引,B tree索引,默认hash(查找复杂度0(1))
    • 字段长度都是固定长度varchar(32)=char(32)
    • 不支持大数据存储类型字段如 blog,text
    • 表级锁
  • 应用场景:

    • 等值查找热度较高数据
    • 查询结果内存中的计算,大多数都是采用这种存储引擎
    • 作为临时表存储需计算的数据

Archive存储引擎

  • 压缩协议进行数据的存储 ,数据存储为ARZ文件格式

  • 特点:

    • 只支持insert和select两种操作
    • 只允许自增ID列建立索引
    • 行级锁
    • 不支持事务
    • 数据占用磁盘少
  • 应用场景:

    • 日志系统
    • 大量的设备数据采集

CSV存储引擎

  • 数据存储以CSV文件
  • 特点:

    • 不能定义索引、列定义必须为NOT NULL、不能设置自增列 —>不适用大表或者数据的在线处理
    • CSV数据的存储用,隔开,可直接编辑CSV文件进行数据的编排 —>数据安全性低
    • 注:编辑之后,要生效使用flush table XXX 命令
  • 应用场景:

    • 数据的快速导出导入 表格直接转换成CSV

各引擎对比

各引擎对比

索引

正确的创建合适的索引是提升数据库查询性能的基础。

索引定义

索引是为了加速对表中数据行的检索而创建的一种分散存储的数据结构(硬盘级)。

索引

使用索引意义

  • 索引能极大的减少存储引擎需要扫描的数据量。
  • 索引可以把随机IO变成顺序IO
  • 索引可以帮助我们在进行分组、排序等操作时,避免使用临时表

使用B+树的意义

二叉查找树 Binary Search Tree

二叉树

平衡二叉查找树 Balanced Binary Search Tree

平衡二叉查找树

二叉树和平衡二叉树的缺点:

  • 树结构太深
  • 因为每个节点都存有数据,数据处的(高)深度决定着他的IO操作次数,IO操作耗时大。

  • 数据存储太小

  • 每一个磁盘块(节点/页,单位4kb)保存的数据量(远远不足4k)太小了
  • 没有很好的利用操作磁盘IO的数据交换特性,也没有利用好磁盘IO的预读能力(空间局部性原理,预读8k、12k等),从而带来频繁的IO操作。

多路平衡查找树 B-Tree :

绝对平衡树

平衡查找树的分支数量与关键字大小有关,可以大致认为:磁盘块的容量/关键字大小 = 平衡树分支数量。

加强版的多路平衡查找树 Mysql的B+Tree :

B+树

B+Tree与B-Tree的区别

  • B+节点关键字搜索采用闭合区间
  • B+非叶节点不保存数据相关信息,只保存关键字和子节点的引用
  • B+关键字对应的数据保存在叶子节点中
  • B+叶子节点是顺序排列的,并且相邻节点具有顺序引用的关系

选择B+树的原因:

  • B+树是B-树的变种(PLUS版)多路绝对平衡查找树,他拥有B-树的优势
  • B+树扫库、表能力更强
  • B+树的磁盘读写能力更强
  • B+树的排序能力更强
  • B+树的查询效率更加稳定

MySql中B+Tree索引的体现形式

Myisam:数据和索引分开存储,数据保存在MYD文件,索引文件为MYI。

myisam索引

Myisam双索引:

Myisam双索引

Innodb 索引结构:

Innodb聚集索引

未指定索引的情况下InnoDB会自动生成隐式索引:

innoDB双索引

使用辅助索引查询某项具体信息时,需要反向到主键索引中查找相关信息(回表操作)。

这样设计的好处就是在数据迁移的时候辅助索引可以不做作相应的指向改变。
对于InnoDB的辅助索引,它的叶子节点存储的是索引值和指向主键索引的位置

Myisam 与InnoDB对比:

索引对比)

索引知识点汇总

  • 列的离散性 :

列的离散性

离散性低的索引会造成选择性差,无法寻找合适的分支,数库会使用全局扫描。类似男女这种字段如果简历索引则要遍历位图索引。

  • 最左匹配原则

对索引中关键字进行计算(对比),一定是从左往右依次进行(每一位),且不可跳过。

最左匹配原则

  • 联合索引
    • 单列索引:节点中关键字[name]
    • 联合索引:节点中关键字[name,phoneNum]
    • 单列索引是特殊的联合索引
  • 联合索引列选择原则 :

    • 经常用的列优先 【最左匹配原则】
    • 选择性(离散度)高的列优先【离散度高原则】
    • 宽度小的列优先【最少空间原则】
  • 覆盖索引

    • 如果索引包含所有满足查询需要的数据的索引成为覆盖索引(Covering Index),也就是平时所说的不需要回表操作。
    • 使用explain,可以通过输出的extra列来判断,对于一个索引覆盖查询,显示为using index,MySQL查询优化器在执行查询前会决定是否有索引覆盖查询。
    • 覆盖索引可减少数据库IO,将随机IO变为顺序IO,可提高查询性能

索引使用的注意点

  • 索引列的数据长度能少则少。
  • 索引一定不是越多越好,越全越好,一定是建合适的。
  • 匹配列前缀可用到索引 like 9999%,like %9999%、like %9999用不到索引; Where 条件中 not in 和 <>操作无法使用索引;
  • 匹配范围值,order by 也可用到索引;
  • 多用指定列查询,只返回自己想到的数据列,少用select *;
  • 联合索引中如果不是按照索引最左列开始查找,无法使用索引;
  • 联合索引中精确匹配最左前列并范围匹配另外一列可以用到索引;
  • 联合索引中如果查询中有某个列的范围查询,则其右边的所有列都无法使用索引;

MySQL基础架构

MySQL逻辑架构

分层结构

大体来说,MySQL可以分为Server层和存储引擎层两部分。

Server层

包括连接器、查询缓存、分析器、优化器、执行器等,涵盖MySQL的大多数核心服务功能,以及所有的内置函数(如日期、时间、数学和加密函数等),所有跨存储引擎的功能都在这一层实现,比如存储过程、触发器、视图等。

连接器

第一步,先连接到这个数据库上,这时打交道的是连接器。连接器负责跟客户端建立连接、获取权限、维持和管理连接。连接命令一般是这么写的:

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mysql -h$ip -P$port -u$user -p

输完命令之后,需要在交互对话里面输入密码。虽然密码也可以直接跟在-p后面写在命令行中,但这样可能会导致密码泄露。如果连的是生产服务器,不应该这么做。

连接命令中的mysql是客户端工具,用来跟与务端建立连接。在完成经典的TCP握手后,连接器就要开始认证身份,这个时候用的是输入的用户名和密码。

  • 如果用户名或密码不对,会收到一个”Access denied for user”的错误,然后客户端程序结束执行。
  • 如果用户名密码认证通过,连接器会到权限表里面查出拥有的权限。之后,这个连接里面的权限判断逻辑,都将依赖于此时读到的权限。

这就意味着,一个用户成功建立连接后,即使用管理员账号对这个用户的权限做了修改,也不会影响已经存在连接的权限。修改完成后,只有再新建的连接才会使用新的权限设置。

连接完成后,如果没有后续的动作,这个连接就处于空闲状态,可以用show processlist命令进行查看。客户端如果太长时间没动静,连接器就会自动将它断开。这个时间由参数wait_timeout控制的,默认值是8小时。如果在连接被断开之后,客户端再次发送请求,就会收到一个错误提醒:Lost connection to MySQL server during query。这时候如果要继续,就需要重连,然后再执行请求。

Mysql的长连接和短连接

数据库里面,长连接是指连接成功后,如果客户端持续有请求,则一直使用同一个连接。短连接则是指每次执行完很少的几次查询就断开连接,下次查询再重新建立一个。建立连接的过程通常比较复杂,所以一般在使用中要尽量减少建立连接的动作,也就是尽量使用长连接。

全部使用长连接后,可能会发现有些时候MySQL占用内存涨得特别快,这是因为MySQL在执行过程中临时使用的内存是管理在连接对象里面的。这些资源会在连接断开的时候才释放。所以如果长连接累积下来,可能导致内存占用太大,被系统强行杀掉(OOM),从现象看就是MySQL异常重启。

解决长连接问题的两种方案:

  • 定期断开长连接。使用一段时间,或者程序里面判断执行过一个占用内存的大查询后,断开连接,之后要查询再重连。

  • 如果用的是MySQL 5.7或更新版本,可以在每次执行一个比较大的操作后,通过执行 mysql_reset_connection来重新初始化连接资源。这个过程不需要重连和重新做权限验证,但是会将连接恢复到刚刚创建完时的状态。

查询缓存

连接建立完成后,可以执行select语句。执行逻辑会来到第二步:查询缓存。

MySQL拿到一个查询请求后,会先到查询缓存看看,之前是不是执行过这条语句。之前执行过的语句及其结果可能会以key-value对的形式,被直接缓存在内存中。key是查询的语句,value是查询的结果。如果查询能够直接在这个缓存中找到key,那么这个value就会被直接返回给客户端。

如果语句不在查询缓存中,就会继续后面的执行阶段。执行完成后,执行结果会被存入查询缓存中。可以看到,如果查询命中缓存,MySQL不需要执行后面的复杂操作,就可以直接返回结果,这个效率会很高。

但是大多数情况下建议不要使用查询缓存,为什么呢?因为查询缓存往往弊大于利。

查询缓存的失效非常频繁,只要有对一个表的更新,这个表上所有的查询缓存都会被清空。因此很可能费劲地把结果存起来,还没使用,就被一个更新全清空了。对于更新压力大的数据库来说,查询缓存的命中率会非常低。除非业务就只有一张静态表,很长时间才会更新一次。比如,一个系统配置表,那这张表上的查询才适合使用查询缓存

好在MySQL也提供了这种“按需使用”的方式。可以将参数query_cache_type设置成DEMAND,这样对于默认的SQL语句都不使用查询缓存。而对于确定要使用查询缓存的语句,可以用SQL_CACHE显式指定,像下面这个语句一样:

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mysql> select SQL_CACHE * from T where ID=10;

需要注意的是,MySQL 8.0版本直接将查询缓存的整块功能删掉了,也就是说8.0开始彻底没有这个功能了。

分析器

如果没有命中查询缓存,就要开始真正执行语句。首先,MySQL需要知道要做什么,因此需要对SQL语句做解析

分析器先会做“词法分析”输入的是由多个字符串和空格组成的一条SQL语句,MySQL需要识别出里面的字符串分别是什么,代表什么

MySQL从输入的”select”关键字识别出来,这是一个查询语句。它也要把字符串“T”识别成“表名T”,把字符串“ID”识别成“列ID”。

做完了这些识别以后,就要做“语法分析”。根据词法分析的结果,语法分析器会根据语法规则,判断输入的这个SQL语句是否满足MySQL语法

如果语句不对,就会收到“You have an error in your SQL syntax”的错误提醒,比如下面这个语句select少打了开头的字母“s”。

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mysql> elect * from t where ID=1;

ERROR 1064 (42000): You have an error in your SQL syntax; check the manual that corresponds to your MySQL server version for the right syntax to use near 'elect * from t where ID=1' at line 1

一般语法错误会提示第一个出现错误的位置,所以要关注的是紧接“use near”的内容。

优化器

经过分析器,MySQL就知道要做什么。在开始执行之前,还要先经过优化器的处理。

优化器是在表里面有多个索引的时候,决定使用哪个索引;或者在一个语句有多表关联(join)的时候,决定各个表的连接顺序。比如执行下面这样的语句,这个语句是执行两个表的join:

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mysql> select * from t1 join t2 using(ID)  where t1.c=10 and t2.d=20;
  • 既可以先从表t1里面取出c=10的记录的ID值,再根据ID值关联到表t2,再判断t2里面d的值是否等于20。
  • 也可以先从表t2里面取出d=20的记录的ID值,再根据ID值关联到t1,再判断t1里面c的值是否等于10。

这两种执行方法的逻辑结果是一样的,但是执行的效率会有不同,而优化器的作用就是决定选择使用哪一个方案。

优化器阶段完成后,这个语句的执行方案就确定下来了,然后进入执行器阶段。

执行器

MySQL通过分析器知道了要做什么,通过优化器知道了该怎么做,于是就进入了执行器阶段,开始执行语句

开始执行的时候,要先判断一下对这个表T有没有执行查询的权限,如果没有,就会返回没有权限的错误,如下所示(在工程实现上,如果命中查询缓存,会在查询缓存放回结果的时候,做权限验证。查询也会在优化器之前调用precheck验证权限)。

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mysql> select * from T where ID=10;

ERROR 1142 (42000): SELECT command denied to user 'b'@'localhost' for table 'T'

如果有权限,就打开表继续执行。打开表的时候,执行器就会根据表的引擎定义,去使用这个引擎提供的接口。

比如这个例子中的表T中,ID字段没有索引,那么执行器的执行流程是这样的:

  • 调用InnoDB引擎接口取这个表的第一行,判断ID值是不是10,如果不是则跳过,如果是则将这行存在结果集中;

  • 调用引擎接口取“下一行”,重复相同的判断逻辑,直到取到这个表的最后一行。

  • 执行器将上述遍历过程中所有满足条件的行组成的记录集作为结果集返回给客户端。

至此,这个语句就执行完成。

对于有索引的表,执行的逻辑也差不多。第一次调用的是“取满足条件的第一行”这个接口,之后循环取“满足条件的下一行”这个接口,这些接口都是引擎中已经定义好的。可以在数据库的慢查询日志中看到一个rows_examined的字段,表示这个语句执行过程中扫描了多少行。这个值就是在执行器每次调用引擎获取数据行的时候累加的。在有些场景下,执行器调用一次,在引擎内部则扫描了多行,因此引擎扫描行数跟rows_examined并不是完全相同的。

存储引擎层

负责数据的存储和提取。其架构模式是插件式的,支持InnoDB、MyISAM、Memory等多个存储引擎。现在最常用的存储引擎是InnoDB,它从MySQL 5.5.5版本开始成为了默认存储引擎。执行create table建表的时候,如果不指定引擎类型,默认使用的就是InnoDB。不过,你也可以通过指定存储引擎的类型来选择别的引擎,比如在create table语句中使用engine=memory来指定使用内存引擎创建表。不同存储引擎的表数据存取方式不同,支持的功能也不同。

不同的存储引擎共用一个Server层,也就是从连接器到执行器的部分。

参考

《MySql实战45讲》

模板

模板的概念

模板就是建立通用的模具,大大提高复用性

例如生活中的模板

一寸照片模板:

1547105026929

PPT模板:

1547103297864

模板的特点:

  • 模板不可以直接使用,它只是一个框架
  • 模板的通用并不是万能的

函数模板

  • C++另一种编程思想称为 泛型编程,主要利用的技术就是模板
  • C++提供两种模板机制:函数模板类模板

函数模板语法

函数模板作用:

建立一个通用函数,其函数返回值类型和形参类型可以不具体制定,用一个虚拟的类型来代表。

语法:

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template<typename T>
函数声明或定义

解释:

template —- 声明创建模板

typename —- 表明其后面的符号是一种数据类型,可以用class代替

T —- 通用的数据类型,名称可以替换,通常为大写字母

示例:

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//交换整型函数
void swapInt(int& a, int& b) {
int temp = a;
a = b;
b = temp;
}

//交换浮点型函数
void swapDouble(double& a, double& b) {
double temp = a;
a = b;
b = temp;
}

//利用模板提供通用的交换函数
template<typename T>
void mySwap(T& a, T& b)
{
T temp = a;
a = b;
b = temp;
}

void test01()
{
int a = 10;
int b = 20;

//swapInt(a, b);

//利用模板实现交换
//1、自动类型推导
mySwap(a, b);

//2、显示指定类型
mySwap<int>(a, b);

cout << "a = " << a << endl;
cout << "b = " << b << endl;

}

int main() {

test01();

system("pause");

return 0;
}

总结:

  • 函数模板利用关键字 template
  • 使用函数模板有两种方式:自动类型推导、显示指定类型
  • 模板的目的是为了提高复用性,将类型参数化

函数模板注意事项

注意事项:

  • 自动类型推导,必须推导出一致的数据类型T,才可以使用
  • 模板必须要确定出T的数据类型,才可以使用

示例:

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//利用模板提供通用的交换函数
template<class T>
void mySwap(T& a, T& b)
{
T temp = a;
a = b;
b = temp;
}


// 1、自动类型推导,必须推导出一致的数据类型T,才可以使用
void test01()
{
int a = 10;
int b = 20;
char c = 'c';

mySwap(a, b); // 正确,可以推导出一致的T
//mySwap(a, c); // 错误,推导不出一致的T类型
}

// 2、模板必须要确定出T的数据类型,才可以使用
template<class T>
void func()
{
cout << "func 调用" << endl;
}

void test02()
{
//func(); //错误,模板不能独立使用,必须确定出T的类型
func<int>(); //利用显示指定类型的方式,给T一个类型,才可以使用该模板
}

int main() {

test01();
test02();

system("pause");

return 0;
}

总结:

  • 使用模板时必须确定出通用数据类型T,并且能够推导出一致的类型

函数模板案例

案例描述:

  • 利用函数模板封装一个排序的函数,可以对不同数据类型数组进行排序
  • 排序规则从大到小,排序算法为选择排序
  • 分别利用char数组int数组进行测试

示例:

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//交换的函数模板
template<typename T>
void mySwap(T &a, T&b)
{
T temp = a;
a = b;
b = temp;
}


template<class T> // 也可以替换成typename
//利用选择排序,进行对数组从大到小的排序
void mySort(T arr[], int len)
{
for (int i = 0; i < len; i++)
{
int max = i; //最大数的下标
for (int j = i + 1; j < len; j++)
{
if (arr[max] < arr[j])
{
max = j;
}
}
if (max != i) //如果最大数的下标不是i,交换两者
{
mySwap(arr[max], arr[i]);
}
}
}

template<typename T>
void printArray(T arr[], int len) {

for (int i = 0; i < len; i++) {
cout << arr[i] << " ";
}
cout << endl;
}

void test01()
{
//测试char数组
char charArr[] = "bdcfeagh";
int num = sizeof(charArr) / sizeof(char);
mySort(charArr, num);
printArray(charArr, num);
}

void test02()
{
//测试int数组
int intArr[] = { 7, 5, 8, 1, 3, 9, 2, 4, 6 };
int num = sizeof(intArr) / sizeof(int);
mySort(intArr, num);
printArray(intArr, num);
}

int main() {

test01();
test02();

system("pause");

return 0;
}

总结:模板可以提高代码复用,需要熟练掌握

普通函数与函数模板的区别

普通函数与函数模板区别:类型转换

  • 普通函数调用时可以发生自动类型转换(隐式类型转换)
  • 函数模板调用时,如果利用自动类型推导,不会发生隐式类型转换
  • 如果利用显示指定类型的方式,可以发生隐式类型转换

示例:

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//普通函数
int myAdd01(int a, int b)
{
return a + b;
}

//函数模板
template<class T>
T myAdd02(T a, T b)
{
return a + b;
}

//使用函数模板时,如果用自动类型推导,不会发生自动类型转换,即隐式类型转换
void test01()
{
int a = 10;
int b = 20;
char c = 'c';

cout << myAdd01(a, c) << endl; //正确,将char类型的'c'隐式转换为int类型 'c' 对应 ASCII码 99

//myAdd02(a, c); // 报错,使用自动类型推导时,不会发生隐式类型转换
myAdd02<int>(a, c); //正确,如果用显示指定类型,可以发生隐式类型转换
}

int main() {

test01();

system("pause");

return 0;
}

总结:建议使用显示指定类型的方式,调用函数模板,因为可以自己确定通用类型T

普通函数与函数模板的调用规则

调用规则如下:

  1. 如果函数模板和普通函数都可以实现,优先调用普通函数
  2. 可以通过空模板参数列表来强制调用函数模板
  3. 函数模板也可以发生重载
  4. 如果函数模板可以产生更好的匹配,优先调用函数模板

示例:

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//普通函数与函数模板调用规则
void myPrint(int a, int b)
{
cout << "调用的普通函数" << endl;
}

template<typename T>
void myPrint(T a, T b)
{
cout << "调用的模板" << endl;
}

template<typename T>
void myPrint(T a, T b, T c)
{
cout << "调用重载的模板" << endl;
}

void test01()
{
//1、如果函数模板和普通函数都可以实现,优先调用普通函数
// 注意 如果告诉编译器 普通函数是有的,但只是声明没有实现,或者不在当前文件内实现,就会报错找不到
int a = 10;
int b = 20;
myPrint(a, b); //调用普通函数

//2、可以通过空模板参数列表来强制调用函数模板
myPrint<>(a, b); //调用函数模板

//3、函数模板也可以发生重载
int c = 30;
myPrint(a, b, c); //调用重载的函数模板

//4、 如果函数模板可以产生更好的匹配,优先调用函数模板
char c1 = 'a';
char c2 = 'b';
myPrint(c1, c2); //调用函数模板
}

int main() {

test01();

system("pause");

return 0;
}

总结:既然提供了函数模板,最好就不要提供普通函数,否则容易出现二义性

模板的局限性

局限性:

  • 模板的通用性并不是万能的

例如:

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template<class T>
void f(T a, T b)
{
a = b;
}

在上述代码中提供的赋值操作,如果传入的a和b是一个数组,就无法实现了

再例如:

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template<class T>
void f(T a, T b)
{
if(a > b) { ... }
}

在上述代码中,如果T的数据类型传入的是像Person这样的自定义数据类型,也无法正常运行

因此C++为了解决这种问题,提供模板的重载,可以为这些特定的类型提供具体化的模板

示例:

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#include<iostream>
using namespace std;

#include <string>

class Person
{
public:
Person(string name, int age)
{
this->m_Name = name;
this->m_Age = age;
}
string m_Name;
int m_Age;
};

//普通函数模板
template<class T>
bool myCompare(T& a, T& b)
{
if (a == b)
{
return true;
}
else
{
return false;
}
}

//具体化,显示具体化的原型和确定意思以template<>开头,并通过名称来指出类型
//具体化优先于常规模板
template<> bool myCompare(Person &p1, Person &p2)
{
if ( p1.m_Name == p2.m_Name && p1.m_Age == p2.m_Age)
{
return true;
}
else
{
return false;
}
}

void test01()
{
int a = 10;
int b = 20;
//内置数据类型可以直接使用通用的函数模板
bool ret = myCompare(a, b);
if (ret)
{
cout << "a == b " << endl;
}
else
{
cout << "a != b " << endl;
}
}

void test02()
{
Person p1("Tom", 10);
Person p2("Tom", 10);
//自定义数据类型,不会调用普通的函数模板
//可以创建具体化的Person数据类型的模板,用于特殊处理这个类型
bool ret = myCompare(p1, p2);
if (ret)
{
cout << "p1 == p2 " << endl;
}
else
{
cout << "p1 != p2 " << endl;
}
}

int main() {

test01();

test02();

system("pause");

return 0;
}

总结:

  • 利用具体化的模板,可以解决自定义类型的通用化
  • 学习模板并不是为了写模板,而是在STL能够运用系统提供的模

类模板

类模板语法

类模板作用:

  • 建立一个通用类,类中的成员 数据类型可以不具体制定,用一个虚拟的类型来代表。

语法:

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template<typename T>

解释:

template —- 声明创建模板

typename —- 表面其后面的符号是一种数据类型,可以用class代替

T —- 通用的数据类型,名称可以替换,通常为大写字母

示例:

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#include <string>
//类模板
template<class NameType, class AgeType>
class Person
{
public:
Person(NameType name, AgeType age)
{
this->mName = name;
this->mAge = age;
}
void showPerson()
{
cout << "name: " << this->mName << " age: " << this->mAge << endl;
}
public:
NameType mName;
AgeType mAge;
};

void test01()
{
// 指定NameType 为string类型,AgeType 为 int类型
Person<string, int>P1("孙悟空", 999);
P1.showPerson();
}

int main() {

test01();

system("pause");

return 0;
}

总结:类模板和函数模板语法相似,在声明模板template后面加类,此类称为类模板

类模板与函数模板区别

类模板与函数模板区别主要有两点:

  1. 类模板没有自动类型推导的使用方式
  2. 类模板在模板参数列表中可以有默认参数

示例:

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#include <string>
//类模板
template<class NameType, class AgeType = int>
class Person
{
public:
Person(NameType name, AgeType age)
{
this->mName = name;
this->mAge = age;
}
void showPerson()
{
cout << "name: " << this->mName << " age: " << this->mAge << endl;
}
public:
NameType mName;
AgeType mAge;
};

//1、类模板没有自动类型推导的使用方式
void test01()
{
// Person p("孙悟空", 1000); // 错误 类模板使用时候,不可以用自动类型推导
Person <string ,int>p("孙悟空", 1000); //必须使用显示指定类型的方式,使用类模板
p.showPerson();
}

//2、类模板在模板参数列表中可以有默认参数
void test02()
{
Person <string> p("猪八戒", 999); //类模板中的模板参数列表 可以指定默认参数
p.showPerson();
}

int main() {

test01();

test02();

system("pause");

return 0;
}

总结:

  • 类模板使用只能用显示指定类型方式
  • 类模板中的模板参数列表可以有默认参数

类模板中成员函数创建时机

类模板中成员函数和普通类中成员函数创建时机是有区别的:

  • 普通类中的成员函数一开始就可以创建
  • 类模板中的成员函数在调用时才创建

示例:

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class Person1
{
public:
void showPerson1()
{
cout << "Person1 show" << endl;
}
};

class Person2
{
public:
void showPerson2()
{
cout << "Person2 show" << endl;
}
};

template<class T>
class MyClass
{
public:
T obj;

//类模板中的成员函数,并不是一开始就创建的,而是在模板调用时再生成

void fun1() { obj.showPerson1(); }
void fun2() { obj.showPerson2(); }

};

void test01()
{
MyClass<Person1> m;

m.fun1();

//m.fun2();//编译会出错,说明函数调用才会去创建成员函数
}

int main() {

test01();

system("pause");

return 0;
}

总结:类模板中的成员函数并不是一开始就创建的,在调用时才去创建

类模板对象做函数参数

主要目标:

  • 类模板实例化出的对象,向函数传参的方式

一共有三种传入方式:

  1. 指定传入的类型 —- 直接显示对象的数据类型
  2. 参数模板化 —- 将对象中的参数变为模板进行传递
  3. 整个类模板化 —- 将这个对象类型 模板化进行传递

示例:

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#include <string>
//类模板
template<class NameType, class AgeType = int>
class Person
{
public:
Person(NameType name, AgeType age)
{
this->mName = name;
this->mAge = age;
}
void showPerson()
{
cout << "name: " << this->mName << " age: " << this->mAge << endl;
}
public:
NameType mName;
AgeType mAge;
};

//1、指定传入的类型
void printPerson1(Person<string, int> &p)
{
p.showPerson();
}
void test01()
{
Person <string, int >p("孙悟空", 100);
printPerson1(p);
}

//2、参数模板化
template <class T1, class T2>
void printPerson2(Person<T1, T2>&p)
{
p.showPerson();
cout << "T1的类型为: " << typeid(T1).name() << endl;
cout << "T2的类型为: " << typeid(T2).name() << endl;
}
void test02()
{
Person <string, int >p("猪八戒", 90);
printPerson2(p);
}

//3、整个类模板化
template<class T>
void printPerson3(T & p)
{
cout << "T的类型为: " << typeid(T).name() << endl;
p.showPerson();

}
void test03()
{
Person <string, int >p("唐僧", 30);
printPerson3(p);
}

int main() {

test01();
test02();
test03();

system("pause");

return 0;
}

总结:

  • 通过类模板创建的对象,可以有三种方式向函数中进行传参
  • 使用比较广泛是第一种:指定传入的类型

类模板与继承

当类模板碰到继承时,需要注意一下几点:

  • 当子类继承的父类是一个类模板时,子类在声明的时候,要指定出父类中T的类型
  • 如果不指定,编译器无法给子类分配内存
  • 如果想灵活指定出父类中T的类型,子类也需变为类模板

示例:

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template<class T>
class Base
{
T m;
};

//class Son:public Base //错误,c++编译需要给子类分配内存,必须知道父类中T的类型才可以向下继承
class Son :public Base<int> //必须指定一个类型
{
};
void test01()
{
Son c;
}

//类模板继承类模板 ,可以用T2指定父类中的T类型
template<class T1, class T2>
class Son2 :public Base<T2>
{
public:
Son2()
{
cout << typeid(T1).name() << endl;
cout << typeid(T2).name() << endl;
}
};

void test02()
{
Son2<int, char> child1;
}


int main() {

test01();

test02();

system("pause");

return 0;
}

总结:如果父类是类模板,子类需要指定出父类中T的数据类型

类模板成员函数类外实现

示例:

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#include <string>

//类模板中成员函数类外实现
template<class T1, class T2>
class Person {
public:
//成员函数类内声明
Person(T1 name, T2 age);
void showPerson();

public:
T1 m_Name;
T2 m_Age;
};

//构造函数 类外实现
template<class T1, class T2>
Person<T1, T2>::Person(T1 name, T2 age) {
this->m_Name = name;
this->m_Age = age;
}

//成员函数 类外实现
template<class T1, class T2>
void Person<T1, T2>::showPerson() {
cout << "姓名: " << this->m_Name << " 年龄:" << this->m_Age << endl;
}

void test01()
{
Person<string, int> p("Tom", 20);
p.showPerson();
}

int main() {

test01();

system("pause");

return 0;
}

总结:类模板中成员函数类外实现时,需要加上模板参数列表

类模板分文件编写

  • 掌握类模板成员函数分文件编写产生的问题以及解决方式

问题:

  • 类模板中成员函数创建时机是在调用阶段,导致分文件编写时链接不到

解决:

  • 解决方式1:直接包含.cpp源文件
  • 解决方式2:将声明和实现写到同一个文件中,并更改后缀名为.hpp,hpp是约定的名称,并不是强制

示例:

person.hpp中代码:

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#pragma once
#include <iostream>
using namespace std;
#include <string>

template<class T1, class T2>
class Person {
public:
Person(T1 name, T2 age);
void showPerson();
public:
T1 m_Name;
T2 m_Age;
};

//构造函数 类外实现
template<class T1, class T2>
Person<T1, T2>::Person(T1 name, T2 age) {
this->m_Name = name;
this->m_Age = age;
}

//成员函数 类外实现
template<class T1, class T2>
void Person<T1, T2>::showPerson() {
cout << "姓名: " << this->m_Name << " 年龄:" << this->m_Age << endl;
}

类模板分文件编写.cpp中代码

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#include<iostream>
using namespace std;

//#include "person.h"
#include "person.cpp" //解决方式1,包含cpp源文件

//解决方式2,将声明和实现写到一起,文件后缀名改为.hpp
#include "person.hpp"
void test01()
{
Person<string, int> p("Tom", 10);
p.showPerson();
}

int main() {

test01();

system("pause");

return 0;
}

总结:主流的解决方式是第二种,将类模板成员函数写到一起,并将后缀名改为.hpp

类模板与友元

重点:类模板配合友元函数的类内和类外实现

全局函数类内实现 - 直接在类内声明友元即可

全局函数类外实现 - 需要提前让编译器知道全局函数的存在

示例:

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#include <string>

//2、全局函数配合友元 类外实现 - 先做函数模板声明,下方再做函数模板定义,再做友元
template<class T1, class T2> class Person;

//如果声明了函数模板,可以将实现写到后面,否则需要将实现体写到类的前面让编译器提前看到
//template<class T1, class T2> void printPerson2(Person<T1, T2> & p);

template<class T1, class T2>
void printPerson2(Person<T1, T2> & p)
{
cout << "类外实现 ---- 姓名: " << p.m_Name << " 年龄:" << p.m_Age << endl;
}

template<class T1, class T2>
class Person
{
//1、全局函数配合友元 类内实现
friend void printPerson(Person<T1, T2> & p)
{
cout << "姓名: " << p.m_Name << " 年龄:" << p.m_Age << endl;
}

//全局函数配合友元 类外实现
friend void printPerson2<>(Person<T1, T2> & p);

public:
Person(T1 name, T2 age)
{
this->m_Name = name;
this->m_Age = age;
}

private:
T1 m_Name;
T2 m_Age;

};

//1、全局函数在类内实现
void test01()
{
Person <string, int >p("Tom", 20);
printPerson(p);
}


//2、全局函数在类外实现
void test02()
{
Person <string, int >p("Jerry", 30);
printPerson2(p);
}

int main() {

//test01();

test02();

system("pause");

return 0;
}

总结:建议全局函数做类内实现,用法简单,而且编译器可以直接识别

类模板案例

案例描述: 实现一个通用的数组类,要求如下:

  • 可以对内置数据类型以及自定义数据类型的数据进行存储
  • 将数组中的数据存储到堆区
  • 构造函数中可以传入数组的容量
  • 提供对应的拷贝构造函数以及operator=防止浅拷贝问题
  • 提供尾插法和尾删法对数组中的数据进行增加和删除
  • 可以通过下标的方式访问数组中的元素
  • 可以获取数组中当前元素个数和数组的容量

示例:

myArray.hpp中代码

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#pragma once
#include <iostream>
using namespace std;

template<class T>
class MyArray
{
public:

//构造函数
MyArray(int capacity)
{
this->m_Capacity = capacity;
this->m_Size = 0;
pAddress = new T[this->m_Capacity];
}

//拷贝构造
MyArray(const MyArray & arr)
{
this->m_Capacity = arr.m_Capacity;
this->m_Size = arr.m_Size;
this->pAddress = new T[this->m_Capacity];
for (int i = 0; i < this->m_Size; i++)
{
//如果T为对象,而且还包含指针,必须需要重载 = 操作符,因为这个等号不是 构造 而是赋值,
// 普通类型可以直接= 但是指针类型需要深拷贝
this->pAddress[i] = arr.pAddress[i];
}
}

//重载= 操作符 防止浅拷贝问题
MyArray& operator=(const MyArray& myarray) {
if (this->pAddress != NULL) {
delete[] this->pAddress;
this->m_Capacity = 0;
this->m_Size = 0;
}

this->m_Capacity = myarray.m_Capacity;
this->m_Size = myarray.m_Size;
this->pAddress = new T[this->m_Capacity];
for (int i = 0; i < this->m_Size; i++) {
this->pAddress[i] = myarray[i];
}
return *this;
}

//重载[] 操作符 arr[0]
T& operator [](int index)
{
return this->pAddress[index]; //不考虑越界,用户自己去处理
}

//尾插法
void Push_back(const T & val)
{
if (this->m_Capacity == this->m_Size)
{
return;
}
this->pAddress[this->m_Size] = val;
this->m_Size++;
}

//尾删法
void Pop_back()
{
if (this->m_Size == 0)
{
return;
}
this->m_Size--;
}

//获取数组容量
int getCapacity()
{
return this->m_Capacity;
}

//获取数组大小
int getSize()
{
return this->m_Size;
}


//析构
~MyArray()
{
if (this->pAddress != NULL)
{
delete[] this->pAddress;
this->pAddress = NULL;
this->m_Capacity = 0;
this->m_Size = 0;
}
}

private:
T * pAddress; //指向一个堆空间,这个空间存储真正的数据
int m_Capacity; //容量
int m_Size; // 大小
};

类模板案例—数组类封装.cpp中

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#include "myArray.hpp"
#include <string>

void printIntArray(MyArray<int>& arr) {
for (int i = 0; i < arr.getSize(); i++) {
cout << arr[i] << " ";
}
cout << endl;
}

//测试内置数据类型
void test01()
{
MyArray<int> array1(10);
for (int i = 0; i < 10; i++)
{
array1.Push_back(i);
}
cout << "array1打印输出:" << endl;
printIntArray(array1);
cout << "array1的大小:" << array1.getSize() << endl;
cout << "array1的容量:" << array1.getCapacity() << endl;

cout << "--------------------------" << endl;

MyArray<int> array2(array1);
array2.Pop_back();
cout << "array2打印输出:" << endl;
printIntArray(array2);
cout << "array2的大小:" << array2.getSize() << endl;
cout << "array2的容量:" << array2.getCapacity() << endl;
}

//测试自定义数据类型
class Person {
public:
Person() {}
Person(string name, int age) {
this->m_Name = name;
this->m_Age = age;
}
public:
string m_Name;
int m_Age;
};

void printPersonArray(MyArray<Person>& personArr)
{
for (int i = 0; i < personArr.getSize(); i++) {
cout << "姓名:" << personArr[i].m_Name << " 年龄: " << personArr[i].m_Age << endl;
}

}

void test02()
{
//创建数组
MyArray<Person> pArray(10);
Person p1("孙悟空", 30);
Person p2("韩信", 20);
Person p3("妲己", 18);
Person p4("王昭君", 15);
Person p5("赵云", 24);

//插入数据
pArray.Push_back(p1);
pArray.Push_back(p2);
pArray.Push_back(p3);
pArray.Push_back(p4);
pArray.Push_back(p5);

printPersonArray(pArray);

cout << "pArray的大小:" << pArray.getSize() << endl;
cout << "pArray的容量:" << pArray.getCapacity() << endl;

}

int main() {

//test01();

test02();

system("pause");

return 0;
}

STL初识

STL的诞生

  • 长久以来,软件界一直希望建立一种可重复利用的东西

  • C++的面向对象泛型编程思想,目的就是复用性的提升

  • 大多情况下,数据结构和算法都未能有一套标准,导致被迫从事大量重复工作

  • 为了建立数据结构和算法的一套标准,诞生了STL

STL基本概念

  • STL(Standard Template Library,标准模板库)
  • STL 从广义上分为: 容器(container) ,算法(algorithm) ,迭代器(iterator)
  • 容器算法之间通过迭代器进行无缝连接。
  • STL 几乎所有的代码都采用了模板类或者模板函数

STL六大组件

STL大体分为六大组件,分别是:容器、算法、迭代器、仿函数、适配器(配接器)、空间配置器

  1. 容器:各种数据结构,如vector、list、deque、set、map等,用来存放数据。
  2. 算法:各种常用的算法,如sort、find、copy、for_each等
  3. 迭代器:扮演了容器与算法之间的胶合剂。
  4. 仿函数:行为类似函数,可作为算法的某种策略。
  5. 适配器:一种用来修饰容器或者仿函数或迭代器接口的东西。
  6. 空间配置器:负责空间的配置与管理。

STL中容器、算法、迭代器

容器:置物之所也

STL容器就是将运用最广泛的一些数据结构实现出来

常用的数据结构:数组, 链表,树, 栈, 队列, 集合, 映射表 等

这些容器分为序列式容器关联式容器两种:

序列式容器:强调值的排序,序列式容器中的每个元素均有固定的位置。
关联式容器:二叉树结构,各元素之间没有严格的物理上的顺序关系

算法:问题之解法也

有限的步骤,解决逻辑或数学上的问题,这一门学科叫做算法(Algorithms)

算法分为:质变算法非质变算法

质变算法:是指运算过程中会更改区间内的元素的内容。例如拷贝,替换,删除等等

非质变算法:是指运算过程中不会更改区间内的元素内容,例如查找、计数、遍历、寻找极值等等

迭代器:容器和算法之间的粘合剂

提供一种方法,使之能够依序寻访某个容器所含的各个元素,而又无需暴露该容器的内部表示方式。

每个容器都有自己专属的迭代器

迭代器使用非常类似于指针,初学阶段可以先理解迭代器为指针

迭代器种类:

种类 功能 支持运算
输入迭代器 对数据的只读访问 只读,支持++、==、!=
输出迭代器 对数据的只写访问 只写,支持++
前向迭代器 读写操作,并能向前推进迭代器 读写,支持++、==、!=
双向迭代器 读写操作,并能向前和向后操作 读写,支持++、—,
随机访问迭代器 读写操作,可以以跳跃的方式访问任意数据,功能最强的迭代器 读写,支持++、—、[n]、-n、<、<=、>、>=

常用的容器中迭代器种类为双向迭代器,和随机访问迭代器

容器算法迭代器初识

STL中最常用的容器为Vector,可以理解为数组,如何向这个容器中插入数据、并遍历这个容器。

vector存放内置数据类型

容器: vector

算法: for_each

迭代器: vector<int>::iterator

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#include <vector>
#include <algorithm>

void MyPrint(int val)
{
cout << val << endl;
}

void test01() {

//创建vector容器对象,并且通过模板参数指定容器中存放的数据的类型
vector<int> v;
//向容器中放数据
v.push_back(10);
v.push_back(20);
v.push_back(30);
v.push_back(40);

//每一个容器都有自己的迭代器,迭代器是用来遍历容器中的元素
//v.begin()返回迭代器,这个迭代器指向容器中第一个数据
//v.end()返回迭代器,这个迭代器指向容器元素的最后一个元素的下一个位置
//vector<int>::iterator 拿到vector<int>这种容器的迭代器类型

vector<int>::iterator pBegin = v.begin();
vector<int>::iterator pEnd = v.end();

//第一种遍历方式:
while (pBegin != pEnd) {
cout << *pBegin << endl;
pBegin++;
}


//第二种遍历方式:
for (vector<int>::iterator it = v.begin(); it != v.end(); it++) {
cout << *it << endl;
}
cout << endl;

//第三种遍历方式:
//使用STL提供标准遍历算法 头文件 algorithm
for_each(v.begin(), v.end(), MyPrint);
}

int main() {

test01();

system("pause");

return 0;
}

Vector存放自定义数据类型

vector中存放自定义数据类型,并打印输出

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#include <vector>
#include <string>

//自定义数据类型
class Person {
public:
Person(string name, int age) {
mName = name;
mAge = age;
}
public:
string mName;
int mAge;
};
//存放对象
void test01() {

vector<Person> v;

//创建数据
Person p1("aaa", 10);
Person p2("bbb", 20);
Person p3("ccc", 30);
Person p4("ddd", 40);
Person p5("eee", 50);

v.push_back(p1);
v.push_back(p2);
v.push_back(p3);
v.push_back(p4);
v.push_back(p5);

for (vector<Person>::iterator it = v.begin(); it != v.end(); it++) {
cout << "Name:" << (*it).mName << " Age:" << (*it).mAge << endl;

}
}


//放对象指针
void test02() {

vector<Person*> v;

//创建数据
Person p1("aaa", 10);
Person p2("bbb", 20);
Person p3("ccc", 30);
Person p4("ddd", 40);
Person p5("eee", 50);

v.push_back(&p1);
v.push_back(&p2);
v.push_back(&p3);
v.push_back(&p4);
v.push_back(&p5);

for (vector<Person*>::iterator it = v.begin(); it != v.end(); it++) {
Person * p = (*it);
cout << "Name:" << p->mName << " Age:" << (*it)->mAge << endl;
}
}


int main() {

test01();

test02();

system("pause");

return 0;
}

Vector容器嵌套容器

学习目标:容器中嵌套容器,将所有数据进行遍历输出

示例:

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#include <vector>

//容器嵌套容器
void test01() {

vector< vector<int> > v;

vector<int> v1;
vector<int> v2;
vector<int> v3;
vector<int> v4;

for (int i = 0; i < 4; i++) {
v1.push_back(i + 1);
v2.push_back(i + 2);
v3.push_back(i + 3);
v4.push_back(i + 4);
}

//将容器元素插入到vector v中
v.push_back(v1);
v.push_back(v2);
v.push_back(v3);
v.push_back(v4);


for (vector<vector<int>>::iterator it = v.begin(); it != v.end(); it++) {

for (vector<int>::iterator vit = (*it).begin(); vit != (*it).end(); vit++) {
cout << *vit << " ";
}
cout << endl;
}

}

int main() {

test01();

system("pause");

return 0;
}

STL- 常用容器

string容器

string基本概念

本质:

  • string是C++风格的字符串,而string本质上是一个类

string和char * 区别:

  • char * 是一个指针
  • string是一个类,类内部封装了char*,管理这个字符串,是一个char*型的容器。

特点:

string 类内部封装了很多成员方法

例如:查找find,拷贝copy,删除delete 替换replace,插入insert

string管理char*所分配的内存,不用担心复制越界和取值越界等,由类内部进行负责

string构造函数

构造函数原型:

  • string(); //创建一个空的字符串 例如: string str;
    string(const char* s); //使用字符串s初始化
  • string(const string& str); //使用一个string对象初始化另一个string对象
  • string(int n, char c); //使用n个字符c初始化

示例:

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#include <string>
//string构造
void test01()
{
string s1; //创建空字符串,调用无参构造函数
cout << "str1 = " << s1 << endl;

const char* str = "hello world";
string s2(str); //把c_string转换成了string

cout << "str2 = " << s2 << endl;

string s3(s2); //调用拷贝构造函数
cout << "str3 = " << s3 << endl;

string s4(10, 'a');
cout << "str3 = " << s3 << endl;
}

int main() {

test01();

system("pause");

return 0;
}

总结:string的多种构造方式没有可比性,灵活使用即可

string赋值操作

功能描述:

  • 给string字符串进行赋值

赋值的函数原型:

  • string& operator=(const char* s); //char*类型字符串 赋值给当前的字符串
  • string& operator=(const string &s); //把字符串s赋给当前的字符串
  • string& operator=(char c); //字符赋值给当前的字符串
  • string& assign(const char *s); //把字符串s赋给当前的字符串
  • string& assign(const char *s, int n); //把字符串s的前n个字符赋给当前的字符串
  • string& assign(const string &s); //把字符串s赋给当前字符串
  • string& assign(int n, char c); //用n个字符c赋给当前字符串

示例:

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//赋值
void test01()
{
string str1;
str1 = "hello world";
cout << "str1 = " << str1 << endl;

string str2;
str2 = str1;
cout << "str2 = " << str2 << endl;

string str3;
str3 = 'a';
cout << "str3 = " << str3 << endl;

string str4;
str4.assign("hello c++");
cout << "str4 = " << str4 << endl;

string str5;
str5.assign("hello c++",5);
cout << "str5 = " << str5 << endl;


string str6;
str6.assign(str5);
cout << "str6 = " << str6 << endl;

string str7;
str7.assign(5, 'x');
cout << "str7 = " << str7 << endl;
}

int main() {

test01();

system("pause");

return 0;
}

总结:

​ string的赋值方式很多,operator= 这种方式比较实用

string字符串拼接

功能描述:

  • 实现在字符串末尾拼接字符串

函数原型:

  • string& operator+=(const char* str); //重载+=操作符
  • string& operator+=(const char c); //重载+=操作符
  • string& operator+=(const string& str); //重载+=操作符
  • string& append(const char *s); //把字符串s连接到当前字符串结尾
  • string& append(const char *s, int n); //把字符串s的前n个字符连接到当前字符串结尾
  • string& append(const string &s); //同operator+=(const string& str)
  • string& append(const string &s, int pos, int n);//字符串s中从pos开始的n个字符连接到字符串结尾

示例:

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//字符串拼接
void test01()
{
string str1 = "我";

str1 += "爱玩游戏";

cout << "str1 = " << str1 << endl;

str1 += ':';

cout << "str1 = " << str1 << endl;

string str2 = "LOL DNF";

str1 += str2;

cout << "str1 = " << str1 << endl;

string str3 = "I";
str3.append(" love ");
str3.append("game abcde", 4);
//str3.append(str2);
str3.append(str2, 4, 3); // 从下标4位置开始 ,截取3个字符,拼接到字符串末尾
cout << "str3 = " << str3 << endl;
}
int main() {

test01();

system("pause");

return 0;
}

string查找和替换

功能描述:

  • 查找:查找指定字符串是否存在
  • 替换:在指定的位置替换字符串

函数原型:

  • int find(const string& str, int pos = 0) const; //查找str第一次出现位置,从pos开始查找
  • int find(const char* s, int pos = 0) const; //查找s第一次出现位置,从pos开始查找
  • int find(const char* s, int pos, int n) const; //从pos位置查找s的前n个字符第一次位置
  • int find(const char c, int pos = 0) const; //查找字符c第一次出现位置
  • int rfind(const string& str, int pos = npos) const; //查找str最后一次位置,从pos开始查找
  • int rfind(const char* s, int pos = npos) const; //查找s最后一次出现位置,从pos开始查找
  • int rfind(const char* s, int pos, int n) const; //从pos查找s的前n个字符最后一次位置
  • int rfind(const char c, int pos = 0) const; //查找字符c最后一次出现位置
  • string& replace(int pos, int n, const string& str); //替换从pos开始n个字符为字符串str
  • string& replace(int pos, int n,const char* s); //替换从pos开始的n个字符为字符串s

示例:

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//查找和替换
void test01()
{
//查找
string str1 = "abcdefgde";

int pos = str1.find("de");

if (pos == -1)
{
cout << "未找到" << endl;
}
else
{
cout << "pos = " << pos << endl;
}


pos = str1.rfind("de");

cout << "pos = " << pos << endl;

}

void test02()
{
//替换
string str1 = "abcdefgde";
str1.replace(1, 3, "1111");

cout << "str1 = " << str1 << endl;
}

int main() {

//test01();
//test02();

system("pause");

return 0;
}

总结:

  • find查找是从左往后,rfind从右往左
  • find找到字符串后返回查找的第一个字符位置,找不到返回-1
  • replace在替换时,要指定从哪个位置起,多少个字符,替换成什么样的字符串

string字符串比较

功能描述:

  • 字符串之间的比较

比较方式:

  • 字符串比较是按字符的ASCII码进行对比

= 返回 0

> 返回 1

< 返回 -1

函数原型:

  • int compare(const string &s) const; //与字符串s比较
  • int compare(const char *s) const; //与字符串s比较

示例:

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//字符串比较
void test01()
{

string s1 = "hello";
string s2 = "aello";

int ret = s1.compare(s2);

if (ret == 0) {
cout << "s1 等于 s2" << endl;
}
else if (ret > 0)
{
cout << "s1 大于 s2" << endl;
}
else
{
cout << "s1 小于 s2" << endl;
}

}

int main() {

test01();

system("pause");

return 0;
}

总结:字符串对比主要是用于比较两个字符串是否相等,判断谁大谁小的意义并不是很大

string字符存取

string中单个字符存取方式有两种

  • char& operator[](int n); //通过[]方式取字符
  • char& at(int n); //通过at方法获取字符

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void test01()
{
string str = "hello world";

for (int i = 0; i < str.size(); i++)
{
cout << str[i] << " ";
}
cout << endl;

for (int i = 0; i < str.size(); i++)
{
cout << str.at(i) << " ";
}
cout << endl;


//字符修改
str[0] = 'x';
str.at(1) = 'x';
cout << str << endl;

}

int main() {

test01();

system("pause");

return 0;
}

总结:string字符串中单个字符存取有两种方式,利用 [ ] 或 at

string插入和删除

功能描述:

  • 对string字符串进行插入和删除字符操作

函数原型:

  • string& insert(int pos, const char* s); //插入字符串
  • string& insert(int pos, const string& str); //插入字符串
  • string& insert(int pos, int n, char c); //在指定位置插入n个字符c
  • string& erase(int pos, int n = npos); //删除从Pos开始的n个字符

示例:

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//字符串插入和删除
void test01()
{
string str = "hello";
str.insert(1, "111");
cout << str << endl;

str.erase(1, 3); //从1号位置开始3个字符
cout << str << endl;
}

int main() {

test01();

system("pause");

return 0;
}

总结:插入和删除的起始下标都是从0开始

string子串

功能描述:

  • 从字符串中获取想要的子串

函数原型:

  • string substr(int pos = 0, int n = npos) const; //返回由pos开始的n个字符组成的字符串

示例:

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//子串
void test01()
{

string str = "abcdefg";
string subStr = str.substr(1, 3);
cout << "subStr = " << subStr << endl;

string email = "hello@sina.com";
int pos = email.find("@");
string username = email.substr(0, pos);
cout << "username: " << username << endl;

}

int main() {

test01();

system("pause");

return 0;
}

总结:灵活的运用求子串功能,可以在实际开发中获取有效的信息

vector容器

vector基本概念

功能:

  • vector数据结构和数组非常相似,也称为单端数组

vector与普通数组区别:

  • 不同之处在于数组是静态空间,而vector可以动态扩展

动态扩展:

  • 并不是在原空间之后续接新空间,而是找更大的内存空间,然后将原数据拷贝新空间,释放原空间

vector说明

  • vector容器的迭代器是支持随机访问的迭代器

vector构造函数

功能描述:

  • 创建vector容器

函数原型:

  • vector<T> v; //采用模板实现类实现,默认构造函数
  • vector(v.begin(), v.end()); //将v[begin(), end())区间中的元素拷贝给本身
  • vector(n, elem); //构造函数将n个elem拷贝给本身。
  • vector(const vector &vec); //拷贝构造函数。

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#include <vector>

void printVector(vector<int>& v) {

for (vector<int>::iterator it = v.begin(); it != v.end(); it++) {
cout << *it << " ";
}
cout << endl;
}

void test01()
{
vector<int> v1; //无参构造
for (int i = 0; i < 10; i++)
{
v1.push_back(i);
}
printVector(v1);

vector<int> v2(v1.begin(), v1.end());
printVector(v2);

vector<int> v3(10, 100);
printVector(v3);

vector<int> v4(v3);
printVector(v4);
}

int main() {

test01();

return 0;
}

总结:vector的多种构造方式没有可比性,灵活使用即可

vector赋值操作

功能描述:

  • 给vector容器进行赋值

函数原型:

  • vector& operator=(const vector &vec);//重载等号操作符
  • assign(beg, end); //将[beg, end)区间中的数据拷贝赋值给本身。
  • assign(n, elem); //将n个elem拷贝赋值给本身。

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#include <vector>

void printVector(vector<int>& v) {

for (vector<int>::iterator it = v.begin(); it != v.end(); it++) {
cout << *it << " ";
}
cout << endl;
}

//赋值操作
void test01()
{
vector<int> v1; //无参构造
for (int i = 0; i < 10; i++)
{
v1.push_back(i);
}
printVector(v1);

vector<int>v2;
v2 = v1;
printVector(v2);

vector<int>v3;
v3.assign(v1.begin(), v1.end());
printVector(v3);

vector<int>v4;
v4.assign(10, 100);
printVector(v4);
}

int main() {

test01();

system("pause");

return 0;
}

总结: vector赋值方式比较简单,使用operator=,或者assign都可以

vector容量和大小

功能描述:

  • 对vector容器的容量和大小操作

函数原型:

  • empty(); //判断容器是否为空

  • capacity(); //容器的容量

  • size(); //返回容器中元素的个数

  • resize(int num); //重新指定容器的长度为num,若容器变长,则以默认值填充新位置。

    ​ //如果容器变短,则末尾超出容器长度的元素被删除。

  • resize(int num, elem); //重新指定容器的长度为num,若容器变长,则以elem值填充新位置。

    ​ //如果容器变短,则末尾超出容器长度的元素被删除

示例:

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#include <vector>

void printVector(vector<int>& v) {

for (vector<int>::iterator it = v.begin(); it != v.end(); it++) {
cout << *it << " ";
}
cout << endl;
}

void test01()
{
vector<int> v1;
for (int i = 0; i < 10; i++)
{
v1.push_back(i);
}
printVector(v1);
if (v1.empty())
{
cout << "v1为空" << endl;
}
else
{
cout << "v1不为空" << endl;
cout << "v1的容量 = " << v1.capacity() << endl;
cout << "v1的大小 = " << v1.size() << endl;
}

//resize 重新指定大小 ,若指定的更大,默认用0填充新位置,可以利用重载版本替换默认填充
v1.resize(15,10);
printVector(v1);

//resize 重新指定大小 ,若指定的更小,超出部分元素被删除
v1.resize(5);
printVector(v1);
}

int main() {

test01();

system("pause");

return 0;
}

总结:

  • 判断是否为空 —- empty
  • 返回元素个数 —- size
  • 返回容器容量 —- capacity
  • 重新指定大小 —- resize

vector插入和删除

功能描述:

  • 对vector容器进行插入、删除操作

函数原型:

  • push_back(ele); //尾部插入元素ele
  • pop_back(); //删除最后一个元素
  • insert(const_iterator pos, ele); //迭代器指向位置pos插入元素ele
  • insert(const_iterator pos, int count,ele);//迭代器指向位置pos插入count个元素ele
  • erase(const_iterator pos); //删除迭代器指向的元素
  • erase(const_iterator start, const_iterator end);//删除迭代器从start到end之间的元素
  • clear(); //删除容器中所有元素

示例:

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#include <vector>

void printVector(vector<int>& v) {

for (vector<int>::iterator it = v.begin(); it != v.end(); it++) {
cout << *it << " ";
}
cout << endl;
}

//插入和删除
void test01()
{
vector<int> v1;
//尾插
v1.push_back(10);
v1.push_back(20);
v1.push_back(30);
v1.push_back(40);
v1.push_back(50);
printVector(v1);
//尾删
v1.pop_back();
printVector(v1);
//插入
v1.insert(v1.begin(), 100);
printVector(v1);

v1.insert(v1.begin(), 2, 1000);
printVector(v1);

//删除
v1.erase(v1.begin());
printVector(v1);

//清空
v1.erase(v1.begin(), v1.end());
v1.clear();
printVector(v1);
}

int main() {

test01();

system("pause");

return 0;
}

总结:

  • 尾插 —- push_back
  • 尾删 —- pop_back
  • 插入 —- insert (位置迭代器)
  • 删除 —- erase (位置迭代器)
  • 清空 —- clear

vector数据存取

功能描述:

  • 对vector中的数据的存取操作

函数原型:

  • at(int idx); //返回索引idx所指的数据
  • operator[]; //返回索引idx所指的数据
  • front(); //返回容器中第一个数据元素
  • back(); //返回容器中最后一个数据元素

示例:

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#include <vector>

void test01()
{
vector<int>v1;
for (int i = 0; i < 10; i++)
{
v1.push_back(i);
}

for (int i = 0; i < v1.size(); i++)
{
cout << v1[i] << " ";
}
cout << endl;

for (int i = 0; i < v1.size(); i++)
{
cout << v1.at(i) << " ";
}
cout << endl;

cout << "v1的第一个元素为: " << v1.front() << endl;
cout << "v1的最后一个元素为: " << v1.back() << endl;
}

int main() {

test01();

system("pause");

return 0;
}

总结:

  • 除了用迭代器获取vector容器中元素,[ ]和at也可以
  • front返回容器第一个元素
  • back返回容器最后一个元素

vector互换容器

功能描述:

  • 实现两个容器内元素进行互换

函数原型:

  • swap(vec); // 将vec与本身的元素互换

示例:

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#include <vector>

void printVector(vector<int>& v) {

for (vector<int>::iterator it = v.begin(); it != v.end(); it++) {
cout << *it << " ";
}
cout << endl;
}

void test01()
{
vector<int>v1;
for (int i = 0; i < 10; i++)
{
v1.push_back(i);
}
printVector(v1);

vector<int>v2;
for (int i = 10; i > 0; i--)
{
v2.push_back(i);
}
printVector(v2);

//互换容器
cout << "互换后" << endl;
v1.swap(v2);
printVector(v1);
printVector(v2);
}

void test02()
{
vector<int> v;
for (int i = 0; i < 100000; i++) {
v.push_back(i);
}

cout << "v的容量为:" << v.capacity() << endl;
cout << "v的大小为:" << v.size() << endl;

v.resize(3);

cout << "v的容量为:" << v.capacity() << endl;
cout << "v的大小为:" << v.size() << endl;

//收缩内存
vector<int>(v).swap(v); //匿名对象

cout << "v的容量为:" << v.capacity() << endl;
cout << "v的大小为:" << v.size() << endl;
}

int main() {

test01();

test02();

system("pause");

return 0;
}

总结:swap可以使两个容器互换,可以达到实用的收缩内存效果

vector预留空间

功能描述:

  • 减少vector在动态扩展容量时的扩展次数

函数原型:

  • reserve(int len);//容器预留len个元素长度,预留位置不初始化,元素不可访问。

示例:

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#include <vector>

void test01()
{
vector<int> v;

//预留空间
v.reserve(100000);

int num = 0;
int* p = NULL;
for (int i = 0; i < 100000; i++) {
v.push_back(i);
if (p != &v[0]) {
p = &v[0];
num++;
}
}

cout << "num:" << num << endl;
}

int main() {

test01();

system("pause");

return 0;
}

总结:如果数据量较大,可以一开始利用reserve预留空间

deque容器

deque容器基本概念

功能:

  • 双端数组,可以对头端进行插入删除操作

deque与vector区别:

  • vector对于头部的插入删除效率低,数据量越大,效率越低
  • deque相对而言,对头部的插入删除速度回比vector快
  • vector访问元素时的速度会比deque快,这和两者内部实现有关

deque

deque内部工作原理:

deque内部有个中控器,维护每段缓冲区中的内容,缓冲区中存放真实数据

中控器维护的是每个缓冲区的地址,使得使用deque时像一片连续的内存空间

deque缓冲区

  • deque容器的迭代器也是支持随机访问的

deque构造函数

功能描述:

  • deque容器构造

函数原型:

  • deque<T> deqT; //默认构造形式
  • deque(beg, end); //构造函数将[beg, end)区间中的元素拷贝给本身。
  • deque(n, elem); //构造函数将n个elem拷贝给本身。
  • deque(const deque &deq); //拷贝构造函数

示例:

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#include <deque>

void printDeque(const deque<int>& d)
{
for (deque<int>::const_iterator it = d.begin(); it != d.end(); it++) {
cout << *it << " ";

}
cout << endl;
}
//deque构造
void test01() {

deque<int> d1; //无参构造函数
for (int i = 0; i < 10; i++)
{
d1.push_back(i);
}
printDeque(d1);
deque<int> d2(d1.begin(),d1.end());
printDeque(d2);

deque<int>d3(10,100);
printDeque(d3);

deque<int>d4 = d3;
printDeque(d4);
}

int main() {

test01();

system("pause");

return 0;
}

总结:deque容器和vector容器的构造方式几乎一致,灵活使用即可

deque赋值操作

功能描述:

  • 给deque容器进行赋值

函数原型:

  • deque& operator=(const deque &deq); //重载等号操作符
  • assign(beg, end); //将[beg, end)区间中的数据拷贝赋值给本身。
  • assign(n, elem); //将n个elem拷贝赋值给本身。

示例:

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#include <deque>

void printDeque(const deque<int>& d)
{
for (deque<int>::const_iterator it = d.begin(); it != d.end(); it++) {
cout << *it << " ";

}
cout << endl;
}
//赋值操作
void test01()
{
deque<int> d1;
for (int i = 0; i < 10; i++)
{
d1.push_back(i);
}
printDeque(d1);

deque<int>d2;
d2 = d1;
printDeque(d2);

deque<int>d3;
d3.assign(d1.begin(), d1.end());
printDeque(d3);

deque<int>d4;
d4.assign(10, 100);
printDeque(d4);

}

int main() {

test01();

system("pause");

return 0;
}

总结:deque赋值操作也与vector相同,需熟练掌握

deque大小操作

功能描述:

  • 对deque容器的大小进行操作

函数原型:

  • deque.empty(); //判断容器是否为空

  • deque.size(); //返回容器中元素的个数

  • deque.resize(num); //重新指定容器的长度为num,若容器变长,则以默认值填充新位置。

    ​ //如果容器变短,则末尾超出容器长度的元素被删除。

  • deque.resize(num, elem); //重新指定容器的长度为num,若容器变长,则以elem值填充新位置。

    ​ //如果容器变短,则末尾超出容器长度的元素被删除。

示例:

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#include <deque>

void printDeque(const deque<int>& d)
{
for (deque<int>::const_iterator it = d.begin(); it != d.end(); it++) {
cout << *it << " ";

}
cout << endl;
}

//大小操作
void test01()
{
deque<int> d1;
for (int i = 0; i < 10; i++)
{
d1.push_back(i);
}
printDeque(d1);

//判断容器是否为空
if (d1.empty()) {
cout << "d1为空!" << endl;
}
else {
cout << "d1不为空!" << endl;
//统计大小
cout << "d1的大小为:" << d1.size() << endl;
}

//重新指定大小
d1.resize(15, 1);
printDeque(d1);

d1.resize(5);
printDeque(d1);
}

int main() {

test01();

system("pause");

return 0;
}

总结:

  • deque没有容量的概念
  • 判断是否为空 —- empty
  • 返回元素个数 —- size
  • 重新指定个数 —- resize

deque 插入和删除

功能描述:

  • 向deque容器中插入和删除数据

函数原型:

两端插入操作:

  • push_back(elem); //在容器尾部添加一个数据
  • push_front(elem); //在容器头部插入一个数据
  • pop_back(); //删除容器最后一个数据
  • pop_front(); //删除容器第一个数据

指定位置操作:

  • insert(pos,elem); //在pos位置插入一个elem元素的拷贝,返回新数据的位置。

  • insert(pos,n,elem); //在pos位置插入n个elem数据,无返回值。

  • insert(pos,beg,end); //在pos位置插入[beg,end)区间的数据,无返回值。

  • clear(); //清空容器的所有数据

  • erase(beg,end); //删除[beg,end)区间的数据,返回下一个数据的位置。

  • erase(pos); //删除pos位置的数据,返回下一个数据的位置。

示例:

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#include <deque>

void printDeque(const deque<int>& d)
{
for (deque<int>::const_iterator it = d.begin(); it != d.end(); it++) {
cout << *it << " ";

}
cout << endl;
}
//两端操作
void test01()
{
deque<int> d;
//尾插
d.push_back(10);
d.push_back(20);
//头插
d.push_front(100);
d.push_front(200);

printDeque(d);

//尾删
d.pop_back();
//头删
d.pop_front();
printDeque(d);
}

//插入
void test02()
{
deque<int> d;
d.push_back(10);
d.push_back(20);
d.push_front(100);
d.push_front(200);
printDeque(d);

d.insert(d.begin(), 1000);
printDeque(d);

d.insert(d.begin(), 2,10000);
printDeque(d);

deque<int>d2;
d2.push_back(1);
d2.push_back(2);
d2.push_back(3);

d.insert(d.begin(), d2.begin(), d2.end());
printDeque(d);

}

//删除
void test03()
{
deque<int> d;
d.push_back(10);
d.push_back(20);
d.push_front(100);
d.push_front(200);
printDeque(d);

d.erase(d.begin());
printDeque(d);

d.erase(d.begin(), d.end());
d.clear();
printDeque(d);
}

int main() {

//test01();

//test02();

test03();

system("pause");

return 0;
}

总结:

  • 插入和删除提供的位置是迭代器!
  • 尾插 —- push_back
  • 尾删 —- pop_back
  • 头插 —- push_front
  • 头删 —- pop_front

deque 数据存取

功能描述:

  • 对deque 中的数据的存取操作

函数原型:

  • at(int idx); //返回索引idx所指的数据
  • operator[]; //返回索引idx所指的数据
  • front(); //返回容器中第一个数据元素
  • back(); //返回容器中最后一个数据元素

示例:

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#include <deque>

void printDeque(const deque<int>& d)
{
for (deque<int>::const_iterator it = d.begin(); it != d.end(); it++) {
cout << *it << " ";

}
cout << endl;
}

//数据存取
void test01()
{

deque<int> d;
d.push_back(10);
d.push_back(20);
d.push_front(100);
d.push_front(200);

for (int i = 0; i < d.size(); i++) {
cout << d[i] << " ";
}
cout << endl;


for (int i = 0; i < d.size(); i++) {
cout << d.at(i) << " ";
}
cout << endl;

cout << "front:" << d.front() << endl;

cout << "back:" << d.back() << endl;

}

int main() {

test01();

system("pause");

return 0;
}

总结:

  • 除了用迭代器获取deque容器中元素,[ ]和at也可以
  • front返回容器第一个元素
  • back返回容器最后一个元素

deque 排序

功能描述:

  • 利用算法实现对deque容器进行排序

算法:

  • sort(iterator beg, iterator end) //对beg和end区间内元素进行排序

示例:

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#include <deque>
#include <algorithm>

void printDeque(const deque<int>& d)
{
for (deque<int>::const_iterator it = d.begin(); it != d.end(); it++) {
cout << *it << " ";

}
cout << endl;
}

void test01()
{

deque<int> d;
d.push_back(10);
d.push_back(20);
d.push_front(100);
d.push_front(200);

printDeque(d);
sort(d.begin(), d.end());
printDeque(d);

}

int main() {

test01();

system("pause");

return 0;
}

总结:sort算法非常实用,使用时包含头文件 algorithm即可

案例-评委打分

案例描述

有5名选手:选手ABCDE,10个评委分别对每一名选手打分,去除最高分,去除评委中最低分,取平均分。

实现步骤

  1. 创建五名选手,放到vector中
  2. 遍历vector容器,取出来每一个选手,执行for循环,可以把10个评分打分存到deque容器中
  3. sort算法对deque容器中分数排序,去除最高和最低分
  4. deque容器遍历一遍,累加总分
  5. 获取平均分

示例代码:

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//选手类
class Person
{
public:
Person(string name, int score)
{
this->m_Name = name;
this->m_Score = score;
}

string m_Name; //姓名
int m_Score; //平均分
};

void createPerson(vector<Person>&v)
{
string nameSeed = "ABCDE";
for (int i = 0; i < 5; i++)
{
string name = "选手";
name += nameSeed[i];

int score = 0;

Person p(name, score);

//将创建的person对象 放入到容器中
v.push_back(p);
}
}

//打分
void setScore(vector<Person>&v)
{
for (vector<Person>::iterator it = v.begin(); it != v.end(); it++)
{
//将评委的分数 放入到deque容器中
deque<int>d;
for (int i = 0; i < 10; i++)
{
int score = rand() % 41 + 60; // 60 ~ 100
d.push_back(score);
}

//cout << "选手: " << it->m_Name << " 打分: " << endl;
//for (deque<int>::iterator dit = d.begin(); dit != d.end(); dit++)
//{
// cout << *dit << " ";
//}
//cout << endl;

//排序
sort(d.begin(), d.end());

//去除最高和最低分
d.pop_back();
d.pop_front();

//取平均分
int sum = 0;
for (deque<int>::iterator dit = d.begin(); dit != d.end(); dit++)
{
sum += *dit; //累加每个评委的分数
}

int avg = sum / d.size();

//将平均分 赋值给选手身上
it->m_Score = avg;
}

}

void showScore(vector<Person>&v)
{
for (vector<Person>::iterator it = v.begin(); it != v.end(); it++)
{
cout << "姓名: " << it->m_Name << " 平均分: " << it->m_Score << endl;
}
}

int main() {

//随机数种子
srand((unsigned int)time(NULL));

//1、创建5名选手
vector<Person>v; //存放选手容器
createPerson(v);

//测试
//for (vector<Person>::iterator it = v.begin(); it != v.end(); it++)
//{
// cout << "姓名: " << (*it).m_Name << " 分数: " << (*it).m_Score << endl;
//}

//2、给5名选手打分
setScore(v);

//3、显示最后得分
showScore(v);

system("pause");

return 0;
}

总结: 选取不同的容器操作数据,可以提升代码的效率

stack容器

stack 基本概念

概念:stack是一种先进后出(First In Last Out,FILO)的数据结构,它只有一个出口

stcak

栈中只有顶端的元素才可以被外界使用,因此栈不允许有遍历行为

栈中进入数据称为 —- 入栈 push

栈中弹出数据称为 —- 出栈 pop

stack 常用接口

功能描述:栈容器常用的对外接口

构造函数:

  • stack<T> stk; //stack采用模板类实现, stack对象的默认构造形式
  • stack(const stack &stk); //拷贝构造函数

赋值操作:

  • stack& operator=(const stack &stk); //重载等号操作符

数据存取:

  • push(elem); //向栈顶添加元素
  • pop(); //从栈顶移除第一个元素
  • top(); //返回栈顶元素

大小操作:

  • empty(); //判断堆栈是否为空
  • size(); //返回栈的大小

示例:

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#include <stack>

//栈容器常用接口
void test01()
{
//创建栈容器 栈容器必须符合先进后出
stack<int> s;

//向栈中添加元素,叫做 压栈 入栈
s.push(10);
s.push(20);
s.push(30);

while (!s.empty()) {
//输出栈顶元素
cout << "栈顶元素为: " << s.top() << endl;
//弹出栈顶元素
s.pop();
}
cout << "栈的大小为:" << s.size() << endl;

}

int main() {

test01();

system("pause");

return 0;
}

总结:

  • 入栈 —- push
  • 出栈 —- pop
  • 返回栈顶 —- top
  • 判断栈是否为空 —- empty
  • 返回栈大小 —- size

queue 容器

queue 基本概念

概念:Queue是一种先进先出(First In First Out,FIFO)的数据结构,它有两个出口

说明: 2015-11-15_214429

队列容器允许从一端新增元素,从另一端移除元素

队列中只有队头和队尾才可以被外界使用,因此队列不允许有遍历行为

队列中进数据称为 —- 入队 push

队列中出数据称为 —- 出队 pop

queue 常用接口

构造函数:

  • queue<T> que; //queue采用模板类实现,queue对象的默认构造形式
  • queue(const queue &que); //拷贝构造函数

赋值操作:

  • queue& operator=(const queue &que); //重载等号操作符

数据存取:

  • push(elem); //往队尾添加元素
  • pop(); //从队头移除第一个元素
  • back(); //返回最后一个元素
  • front(); //返回第一个元素

大小操作:

  • empty(); //判断堆栈是否为空
  • size(); //返回栈的大小

示例:

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#include <queue>
#include <string>
class Person
{
public:
Person(string name, int age)
{
this->m_Name = name;
this->m_Age = age;
}

string m_Name;
int m_Age;
};

void test01() {

//创建队列
queue<Person> q;

//准备数据
Person p1("唐僧", 30);
Person p2("孙悟空", 1000);
Person p3("猪八戒", 900);
Person p4("沙僧", 800);

//向队列中添加元素 入队操作
q.push(p1);
q.push(p2);
q.push(p3);
q.push(p4);

//队列不提供迭代器,更不支持随机访问
while (!q.empty()) {
//输出队头元素
cout << "队头元素-- 姓名: " << q.front().m_Name
<< " 年龄: "<< q.front().m_Age << endl;

cout << "队尾元素-- 姓名: " << q.back().m_Name
<< " 年龄: " << q.back().m_Age << endl;

cout << endl;
//弹出队头元素
q.pop();
}

cout << "队列大小为:" << q.size() << endl;
}

int main() {

test01();

system("pause");

return 0;
}

总结:

  • 入队 —- push
  • 出队 —- pop
  • 返回队头元素 —- front
  • 返回队尾元素 —- back
  • 判断队是否为空 —- empty
  • 返回队列大小 —- size

list容器

list基本概念

功能:将数据进行链式存储

链表(list)是一种物理存储单元上非连续的存储结构,数据元素的逻辑顺序是通过链表中的指针链接实现的

链表的组成:链表由一系列结点组成

结点的组成:一个是存储数据元素的数据域,另一个是存储下一个结点地址的指针域

STL中的链表是一个双向循环链表

list

由于链表的存储方式并不是连续的内存空间,因此链表list中的迭代器只支持前移和后移,属于双向迭代器

list的优点:

  • 采用动态存储分配,不会造成内存浪费和溢出
  • 链表执行插入和删除操作十分方便,修改指针即可,不需要移动大量元素

list的缺点:

  • 链表灵活,但是空间(指针域) 和 时间(遍历)额外耗费较大

List有一个重要的性质,插入操作和删除操作都不会造成原有list迭代器的失效,这在vector是不成立的。

总结:STL中List和vector是两个最常被使用的容器,各有优缺点

list构造函数

功能描述:

  • 创建list容器

函数原型:

  • list<T> lst; //list采用采用模板类实现,对象的默认构造形式:
  • list(beg,end); //构造函数将[beg, end)区间中的元素拷贝给本身。
  • list(n,elem); //构造函数将n个elem拷贝给本身。
  • list(const list &lst); //拷贝构造函数。

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#include <list>

void printList(const list<int>& L) {

for (list<int>::const_iterator it = L.begin(); it != L.end(); it++) {
cout << *it << " ";
}
cout << endl;
}

void test01()
{
list<int>L1;
L1.push_back(10);
L1.push_back(20);
L1.push_back(30);
L1.push_back(40);

printList(L1);

list<int>L2(L1.begin(),L1.end());
printList(L2);

list<int>L3(L2);
printList(L3);

list<int>L4(10, 1000);
printList(L4);
}

int main() {

test01();

system("pause");

return 0;
}

list 赋值和交换

功能描述:

  • 给list容器进行赋值,以及交换list容器

函数原型:

  • assign(beg, end); //将[beg, end)区间中的数据拷贝赋值给本身。
  • assign(n, elem); //将n个elem拷贝赋值给本身。
  • list& operator=(const list &lst); //重载等号操作符
  • swap(lst); //将lst与本身的元素互换。

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#include <list>

void printList(const list<int>& L) {

for (list<int>::const_iterator it = L.begin(); it != L.end(); it++) {
cout << *it << " ";
}
cout << endl;
}

//赋值和交换
void test01()
{
list<int>L1;
L1.push_back(10);
L1.push_back(20);
L1.push_back(30);
L1.push_back(40);
printList(L1);

//赋值
list<int>L2;
L2 = L1;
printList(L2);

list<int>L3;
L3.assign(L2.begin(), L2.end());
printList(L3);

list<int>L4;
L4.assign(10, 100);
printList(L4);

}

//交换
void test02()
{

list<int>L1;
L1.push_back(10);
L1.push_back(20);
L1.push_back(30);
L1.push_back(40);

list<int>L2;
L2.assign(10, 100);

cout << "交换前: " << endl;
printList(L1);
printList(L2);

cout << endl;

L1.swap(L2);

cout << "交换后: " << endl;
printList(L1);
printList(L2);

}

int main() {

//test01();

test02();

system("pause");

return 0;
}

list 大小操作

功能描述:

  • 对list容器的大小进行操作

函数原型:

  • size(); //返回容器中元素的个数
  • empty(); //判断容器是否为空
  • resize(num); //重新指定容器的长度为num,若容器变长,则以默认值填充新位置。 如果容器变短,则末尾超出容器长度的元素被删除。
  • resize(num, elem); //重新指定容器的长度为num,若容器变长,则以elem值填充新位置。 如果容器变短,则末尾超出容器长度的元素被删除。

示例:

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#include <list>

void printList(const list<int>& L) {

for (list<int>::const_iterator it = L.begin(); it != L.end(); it++) {
cout << *it << " ";
}
cout << endl;
}

//大小操作
void test01()
{
list<int>L1;
L1.push_back(10);
L1.push_back(20);
L1.push_back(30);
L1.push_back(40);

if (L1.empty())
{
cout << "L1为空" << endl;
}
else
{
cout << "L1不为空" << endl;
cout << "L1的大小为: " << L1.size() << endl;
}

//重新指定大小
L1.resize(10);
printList(L1);

L1.resize(2);
printList(L1);
}

int main() {

test01();

system("pause");

return 0;
}

总结:

  • 判断是否为空 —- empty
  • 返回元素个数 —- size
  • 重新指定个数 —- resize

list 插入和删除

功能描述:

  • 对list容器进行数据的插入和删除

函数原型:

  • push_back(elem);//在容器尾部加入一个元素
  • pop_back();//删除容器中最后一个元素
  • push_front(elem);//在容器开头插入一个元素
  • pop_front();//从容器开头移除第一个元素
  • insert(pos,elem);//在pos位置插elem元素的拷贝,返回新数据的位置。
  • insert(pos,n,elem);//在pos位置插入n个elem数据,无返回值。
  • insert(pos,beg,end);//在pos位置插入[beg,end)区间的数据,无返回值。
  • clear();//移除容器的所有数据
  • erase(beg,end);//删除[beg,end)区间的数据,返回下一个数据的位置。
  • erase(pos);//删除pos位置的数据,返回下一个数据的位置。
  • remove(elem);//删除容器中所有与elem值匹配的元素。

示例:

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#include <list>

void printList(const list<int>& L) {

for (list<int>::const_iterator it = L.begin(); it != L.end(); it++) {
cout << *it << " ";
}
cout << endl;
}

//插入和删除
void test01()
{
list<int> L;
//尾插
L.push_back(10);
L.push_back(20);
L.push_back(30);
//头插
L.push_front(100);
L.push_front(200);
L.push_front(300);

printList(L);

//尾删
L.pop_back();
printList(L);

//头删
L.pop_front();
printList(L);

//插入
list<int>::iterator it = L.begin();
L.insert(++it, 1000);
printList(L);

//删除
it = L.begin();
L.erase(++it);
printList(L);

//移除
L.push_back(10000);
L.push_back(10000);
L.push_back(10000);
printList(L);
L.remove(10000);
printList(L);

//清空
L.clear();
printList(L);
}

int main() {

test01();

system("pause");

return 0;
}

总结:

  • 尾插 —- push_back
  • 尾删 —- pop_back
  • 头插 —- push_front
  • 头删 —- pop_front
  • 插入 —- insert
  • 删除 —- erase
  • 移除 —- remove
  • 清空 —- clear

list 数据存取

功能描述:

  • 对list容器中数据进行存取

函数原型:

  • front(); //返回第一个元素。
  • back(); //返回最后一个元素。

示例:

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#include <list>

//数据存取
void test01()
{
list<int>L1;
L1.push_back(10);
L1.push_back(20);
L1.push_back(30);
L1.push_back(40);


//cout << L1.at(0) << endl;//错误 不支持at访问数据
//cout << L1[0] << endl; //错误 不支持[]方式访问数据
cout << "第一个元素为: " << L1.front() << endl;
cout << "最后一个元素为: " << L1.back() << endl;

//list容器的迭代器是双向迭代器,不支持随机访问
list<int>::iterator it = L1.begin();
//it = it + 1;//错误,不可以跳跃访问,即使是+1
}

int main() {

test01();

system("pause");

return 0;
}

总结:

  • list容器中不可以通过[]或者at方式访问数据
  • 返回第一个元素 —- front
  • 返回最后一个元素 —- back

list 反转和排序

功能描述:

  • 将容器中的元素反转,以及将容器中的数据进行排序

函数原型:

  • reverse(); //反转链表
  • sort(); //链表排序

示例:

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void printList(const list<int>& L) {

for (list<int>::const_iterator it = L.begin(); it != L.end(); it++) {
cout << *it << " ";
}
cout << endl;
}

bool myCompare(int val1 , int val2)
{
return val1 > val2;
}

//反转和排序
void test01()
{
list<int> L;
L.push_back(90);
L.push_back(30);
L.push_back(20);
L.push_back(70);
printList(L);

//反转容器的元素
L.reverse();
printList(L);

//排序
L.sort(); //默认的排序规则 从小到大
printList(L);

L.sort(myCompare); //指定规则,从大到小
printList(L);
}

int main() {

test01();

system("pause");

return 0;
}

总结:

  • 反转 —- reverse
  • 排序 —- sort (成员函数)

排序案例

案例描述:将Person自定义数据类型进行排序,Person中属性有姓名、年龄、身高

排序规则:按照年龄进行升序,如果年龄相同按照身高进行降序

示例:

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#include <list>
#include <string>
class Person {
public:
Person(string name, int age , int height) {
m_Name = name;
m_Age = age;
m_Height = height;
}

public:
string m_Name; //姓名
int m_Age; //年龄
int m_Height; //身高
};


bool ComparePerson(Person& p1, Person& p2) {

if (p1.m_Age == p2.m_Age) {
return p1.m_Height > p2.m_Height;
}
else
{
return p1.m_Age < p2.m_Age;
}

}

void test01() {

list<Person> L;

Person p1("刘备", 35 , 175);
Person p2("曹操", 45 , 180);
Person p3("孙权", 40 , 170);
Person p4("赵云", 25 , 190);
Person p5("张飞", 35 , 160);
Person p6("关羽", 35 , 200);

L.push_back(p1);
L.push_back(p2);
L.push_back(p3);
L.push_back(p4);
L.push_back(p5);
L.push_back(p6);

for (list<Person>::iterator it = L.begin(); it != L.end(); it++) {
cout << "姓名: " << it->m_Name << " 年龄: " << it->m_Age
<< " 身高: " << it->m_Height << endl;
}

cout << "---------------------------------" << endl;
L.sort(ComparePerson); //排序

for (list<Person>::iterator it = L.begin(); it != L.end(); it++) {
cout << "姓名: " << it->m_Name << " 年龄: " << it->m_Age
<< " 身高: " << it->m_Height << endl;
}
}

int main() {

test01();

system("pause");

return 0;
}

总结:

  • 对于自定义数据类型,必须要指定排序规则,否则编译器不知道如何进行排序
  • 高级排序只是在排序规则上再进行一次逻辑规则制定,并不复杂

set/ multiset 容器

set基本概念

简介:

  • 所有元素都会在插入时自动被排序

本质:

  • set/multiset属于关联式容器,底层结构是用二叉树实现。

set和multiset区别

  • set不允许容器中有重复的元素
  • multiset允许容器中有重复的元素

set构造和赋值

功能描述:创建set容器以及赋值

构造:

  • set<T> st; //默认构造函数:
  • set(const set &st); //拷贝构造函数

赋值:

  • set& operator=(const set &st); //重载等号操作符

示例:

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#include <set>

void printSet(set<int> & s)
{
for (set<int>::iterator it = s.begin(); it != s.end(); it++)
{
cout << *it << " ";
}
cout << endl;
}

//构造和赋值
void test01()
{
set<int> s1;

s1.insert(10);
s1.insert(30);
s1.insert(20);
s1.insert(40);
printSet(s1);

//拷贝构造
set<int>s2(s1);
printSet(s2);

//赋值
set<int>s3;
s3 = s2;
printSet(s3);
}

int main() {
test01();
return 0;
}

总结:

  • set容器插入数据时用insert
  • set容器插入数据的数据会自动排序

set大小和交换

功能描述:

  • 统计set容器大小以及交换set容器

函数原型:

  • size(); //返回容器中元素的数目
  • empty(); //判断容器是否为空
  • swap(st); //交换两个集合容器

示例:

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#include <set>

void printSet(set<int> & s)
{
for (set<int>::iterator it = s.begin(); it != s.end(); it++)
{
cout << *it << " ";
}
cout << endl;
}

//大小
void test01()
{

set<int> s1;

s1.insert(10);
s1.insert(30);
s1.insert(20);
s1.insert(40);

if (s1.empty())
{
cout << "s1为空" << endl;
}
else
{
cout << "s1不为空" << endl;
cout << "s1的大小为: " << s1.size() << endl;
}

}

//交换
void test02()
{
set<int> s1;

s1.insert(10);
s1.insert(30);
s1.insert(20);
s1.insert(40);

set<int> s2;

s2.insert(100);
s2.insert(300);
s2.insert(200);
s2.insert(400);

cout << "交换前" << endl;
printSet(s1);
printSet(s2);
cout << endl;

cout << "交换后" << endl;
s1.swap(s2);
printSet(s1);
printSet(s2);
}

int main() {
//test01();
test02();
return 0;
}

总结:

  • 统计大小 —- size
  • 判断是否为空 —- empty
  • 交换容器 —- swap

set插入和删除

功能描述:

  • set容器进行插入数据和删除数据

函数原型:

  • insert(elem); //在容器中插入元素。
  • clear(); //清除所有元素
  • erase(pos); //删除pos迭代器所指的元素,返回下一个元素的迭代器。
  • erase(beg, end); //删除区间[beg,end)的所有元素 ,返回下一个元素的迭代器。
  • erase(elem); //删除容器中值为elem的元素。

示例:

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#include <set>

void printSet(set<int> & s)
{
for (set<int>::iterator it = s.begin(); it != s.end(); it++)
{
cout << *it << " ";
}
cout << endl;
}

//插入和删除
void test01()
{
set<int> s1;
//插入
s1.insert(10);
s1.insert(30);
s1.insert(20);
s1.insert(40);
printSet(s1);

//删除
s1.erase(s1.begin());
printSet(s1);

s1.erase(30);
printSet(s1);

//清空
//s1.erase(s1.begin(), s1.end());
s1.clear();
printSet(s1);
}

int main() {

test01();

system("pause");

return 0;
}

总结:

  • 插入 —- insert
  • 删除 —- erase
  • 清空 —- clear

set查找和统计

功能描述:

  • 对set容器进行查找数据以及统计数据

函数原型:

  • find(key); //查找key是否存在,若存在,返回该键的元素的迭代器;若不存在,返回set.end();
  • count(key); //统计key的元素个数

示例:

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#include <set>

//查找和统计
void test01()
{
set<int> s1;
//插入
s1.insert(10);
s1.insert(30);
s1.insert(20);
s1.insert(40);

//查找
set<int>::iterator pos = s1.find(30);

if (pos != s1.end())
{
cout << "找到了元素 : " << *pos << endl;
}
else
{
cout << "未找到元素" << endl;
}

//统计
int num = s1.count(30);
cout << "num = " << num << endl;
}

int main() {

test01();

system("pause");

return 0;
}

总结:

  • 查找 —- find (返回的是迭代器)
  • 统计 —- count (对于set,结果为0或者1)

set和multiset区别

区别:

  • set不可以插入重复数据,而multiset可以
  • set插入数据的同时会返回插入结果,表示插入是否成功
  • multiset不会检测数据,因此可以插入重复数据

示例:

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#include <set>

//set和multiset区别
void test01()
{
set<int> s;
pair<set<int>::iterator, bool> ret = s.insert(10);
if (ret.second) {
cout << "第一次插入成功!" << endl;
}
else {
cout << "第一次插入失败!" << endl;
}

ret = s.insert(10);
if (ret.second) {
cout << "第二次插入成功!" << endl;
}
else {
cout << "第二次插入失败!" << endl;
}

//multiset
multiset<int> ms;
ms.insert(10);
ms.insert(10);

for (multiset<int>::iterator it = ms.begin(); it != ms.end(); it++) {
cout << *it << " ";
}
cout << endl;
}

int main() {

test01();

system("pause");

return 0;
}

总结:

  • 如果不允许插入重复数据可以利用set
  • 如果需要插入重复数据利用multiset

pair对组创建

功能描述:

  • 成对出现的数据,利用对组可以返回两个数据

两种创建方式:

  • pair<type, type> p ( value1, value2 );
  • pair<type, type> p = make_pair( value1, value2 );

示例:

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#include <string>
#include <utility>

//对组创建
void test01()
{
pair<string, int> p(string("Tom"), 20);
cout << "姓名: " << p.first << " 年龄: " << p.second << endl;

pair<string, int> p2 = make_pair("Jerry", 10);
cout << "姓名: " << p2.first << " 年龄: " << p2.second << endl;
}

int main() {

test01();

system("pause");

return 0;
}

总结:

两种方式都可以创建对组,记住一种即可

set容器排序

  • set容器默认排序规则为从小到大,改变排序规则

主要技术点:

  • 利用仿函数,可以改变排序规则

示例一 set存放内置数据类型

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#include <set>

class MyCompare
{
public:
bool operator()(int v1, int v2) {
return v1 > v2;
}
};
void test01()
{
set<int> s1;
s1.insert(10);
s1.insert(40);
s1.insert(20);
s1.insert(30);
s1.insert(50);

//默认从小到大
for (set<int>::iterator it = s1.begin(); it != s1.end(); it++) {
cout << *it << " ";
}
cout << endl;

//指定排序规则
set<int,MyCompare> s2;
s2.insert(10);
s2.insert(40);
s2.insert(20);
s2.insert(30);
s2.insert(50);

for (set<int, MyCompare>::iterator it = s2.begin(); it != s2.end(); it++) {
cout << *it << " ";
}
cout << endl;
}

int main() {
test01();
return 0;
}

总结:利用仿函数可以指定set容器的排序规则

示例二 set存放自定义数据类型

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#include <set>
#include <string>

class Person
{
public:
Person(string name, int age)
{
this->m_Name = name;
this->m_Age = age;
}

string m_Name;
int m_Age;
};
class comparePerson
{
public:
bool operator()(const Person& p1, const Person &p2)
{
//按照年龄进行排序 降序
return p1.m_Age > p2.m_Age;
}
};

void test01()
{
set<Person, comparePerson> s;

Person p1("刘备", 23);
Person p2("关羽", 27);
Person p3("张飞", 25);
Person p4("赵云", 21);

s.insert(p1);
s.insert(p2);
s.insert(p3);
s.insert(p4);

for (set<Person, comparePerson>::iterator it = s.begin(); it != s.end(); it++)
{
cout << "姓名: " << it->m_Name << " 年龄: " << it->m_Age << endl;
}
}

int main() {
test01();
return 0;
}

总结:

对于自定义数据类型,set必须指定排序规则才可以插入数据

map/ multimap容器

map基本概念

简介:

  • map中所有元素都是pair
  • pair中第一个元素为key(键值),起到索引作用,第二个元素为value(实值)
  • 所有元素都会根据元素的键值自动排序

本质:

  • map/multimap属于关联式容器,底层结构是用二叉树实现。

优点:

  • 可以根据key值快速找到value值

map和multimap区别

  • map不允许容器中有重复key值元素
  • multimap允许容器中有重复key值元素

map构造和赋值

功能描述:

  • 对map容器进行构造和赋值操作

函数原型:

构造:

  • map<T1, T2> mp; //map默认构造函数:
  • map(const map &mp); //拷贝构造函数

赋值:

  • map& operator=(const map &mp); //重载等号操作符

示例:

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#include <map>

void printMap(map<int,int>&m)
{
for (map<int, int>::iterator it = m.begin(); it != m.end(); it++)
{
cout << "key = " << it->first << " value = " << it->second << endl;
}
cout << endl;
}

void test01()
{
map<int,int>m; //默认构造
m.insert(pair<int, int>(1, 10));
m.insert(pair<int, int>(2, 20));
m.insert(pair<int, int>(3, 30));
printMap(m);

map<int, int>m2(m); //拷贝构造
printMap(m2);

map<int, int>m3;
m3 = m2; //赋值
printMap(m3);
}

int main() {

test01();

system("pause");

return 0;
}

总结:map中所有元素都是成对出现,插入数据时候要使用对组

map大小和交换

功能描述:

  • 统计map容器大小以及交换map容器

函数原型:

  • size(); //返回容器中元素的数目
  • empty(); //判断容器是否为空
  • swap(st); //交换两个集合容器

示例:

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#include <map>

void printMap(map<int,int>&m)
{
for (map<int, int>::iterator it = m.begin(); it != m.end(); it++)
{
cout << "key = " << it->first << " value = " << it->second << endl;
}
cout << endl;
}

void test01()
{
map<int, int>m;
m.insert(pair<int, int>(1, 10));
m.insert(pair<int, int>(2, 20));
m.insert(pair<int, int>(3, 30));

if (m.empty())
{
cout << "m为空" << endl;
}
else
{
cout << "m不为空" << endl;
cout << "m的大小为: " << m.size() << endl;
}
}


//交换
void test02()
{
map<int, int>m;
m.insert(pair<int, int>(1, 10));
m.insert(pair<int, int>(2, 20));
m.insert(pair<int, int>(3, 30));

map<int, int>m2;
m2.insert(pair<int, int>(4, 100));
m2.insert(pair<int, int>(5, 200));
m2.insert(pair<int, int>(6, 300));

cout << "交换前" << endl;
printMap(m);
printMap(m2);

cout << "交换后" << endl;
m.swap(m2);
printMap(m);
printMap(m2);
}

int main() {

test01();

test02();

system("pause");

return 0;
}

总结:

  • 统计大小 —- size
  • 判断是否为空 —- empty
  • 交换容器 —- swap

map插入和删除

功能描述:

  • map容器进行插入数据和删除数据

函数原型:

  • insert(elem); //在容器中插入元素
  • clear(); //清除所有元素。
  • erase(pos); //删除pos迭代器所指的元素,返回下一个元素的迭代器
  • erase(beg, end); //删除区间[beg,end)的所有元素 ,返回下一个元素的迭代器
  • erase(key); //删除容器中值为key的元素

示例:

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#include <map>

void printMap(map<int,int>&m)
{
for (map<int, int>::iterator it = m.begin(); it != m.end(); it++)
{
cout << "key = " << it->first << " value = " << it->second << endl;
}
cout << endl;
}

void test01()
{
//插入
map<int, int> m;
//第一种插入方式
m.insert(pair<int, int>(1, 10));
//第二种插入方式
m.insert(make_pair(2, 20));
//第三种插入方式
m.insert(map<int, int>::value_type(3, 30));
//第四种插入方式
m[4] = 40;
printMap(m);

//删除
m.erase(m.begin());
printMap(m);

m.erase(3);
printMap(m);

//清空
m.erase(m.begin(),m.end());
m.clear();
printMap(m);
}

int main() {

test01();

system("pause");

return 0;
}

总结:

  • map插入方式很多,记住其一即可
  • 插入 —- insert
  • 删除 —- erase
  • 清空 —- clear

map查找和统计

功能描述:

  • 对map容器进行查找数据以及统计数据

函数原型:

  • find(key); //查找key是否存在,若存在,返回该键的元素的迭代器;若不存在,返回set.end();
  • count(key); //统计key的元素个数

示例:

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#include <map>

//查找和统计
void test01()
{
map<int, int>m;
m.insert(pair<int, int>(1, 10));
m.insert(pair<int, int>(2, 20));
m.insert(pair<int, int>(3, 30));

//查找
map<int, int>::iterator pos = m.find(3);

if (pos != m.end())
{
cout << "找到了元素 key = " << (*pos).first << " value = " << (*pos).second << endl;
}
else
{
cout << "未找到元素" << endl;
}

//统计
int num = m.count(3);
cout << "num = " << num << endl;
}

int main() {

test01();

system("pause");

return 0;
}

总结:

  • 查找 —- find (返回的是迭代器)
  • 统计 —- count (对于map,结果为0或者1)

map容器排序

  • map容器默认排序规则为 按照key值进行 从小到大排序,改变排序的顺序

主要技术点:

  • 利用仿函数,可以改变排序规则

示例:

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#include <map>

class MyCompare {
public:
bool operator()(int v1, int v2) {
return v1 > v2;
}
};

void test01()
{
//默认从小到大排序
//利用仿函数实现从大到小排序
map<int, int, MyCompare> m;

m.insert(make_pair(1, 10));
m.insert(make_pair(2, 20));
m.insert(make_pair(3, 30));
m.insert(make_pair(4, 40));
m.insert(make_pair(5, 50));

for (map<int, int, MyCompare>::iterator it = m.begin(); it != m.end(); it++) {
cout << "key:" << it->first << " value:" << it->second << endl;
}
}
int main() {

test01();

system("pause");

return 0;
}

总结:

  • 利用仿函数可以指定map容器的排序规则
  • 对于自定义数据类型,map必须要指定排序规则,同set容器

案例-员工分组

案例描述

  • 公司今天招聘了10个员工(ABCDEFGHIJ),10名员工进入公司之后,需要指派员工在那个部门工作
  • 员工信息有: 姓名 工资组成;部门分为:策划、美术、研发
  • 随机给10名员工分配部门和工资
  • 通过multimap进行信息的插入 key(部门编号) value(员工)
  • 分部门显示员工信息

实现步骤

  1. 创建10名员工,放到vector中
  2. 遍历vector容器,取出每个员工,进行随机分组
  3. 分组后,将员工部门编号作为key,具体员工作为value,放入到multimap容器中
  4. 分部门显示员工信息

案例代码:

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#include<iostream>
using namespace std;
#include <vector>
#include <string>
#include <map>
#include <ctime>

/*
- 公司今天招聘了10个员工(ABCDEFGHIJ),10名员工进入公司之后,需要指派员工在那个部门工作
- 员工信息有: 姓名 工资组成;部门分为:策划、美术、研发
- 随机给10名员工分配部门和工资
- 通过multimap进行信息的插入 key(部门编号) value(员工)
- 分部门显示员工信息
*/

#define CEHUA 0
#define MEISHU 1
#define YANFA 2

class Worker
{
public:
string m_Name;
int m_Salary;
};

void createWorker(vector<Worker>&v)
{
string nameSeed = "ABCDEFGHIJ";
for (int i = 0; i < 10; i++)
{
Worker worker;
worker.m_Name = "员工";
worker.m_Name += nameSeed[i];

worker.m_Salary = rand() % 10000 + 10000; // 10000 ~ 19999
//将员工放入到容器中
v.push_back(worker);
}
}

//员工分组
void setGroup(vector<Worker>&v,multimap<int,Worker>&m)
{
for (vector<Worker>::iterator it = v.begin(); it != v.end(); it++)
{
//产生随机部门编号
int deptId = rand() % 3; // 0 1 2

//将员工插入到分组中
//key部门编号,value具体员工
m.insert(make_pair(deptId, *it));
}
}

void showWorkerByGourp(multimap<int,Worker>&m)
{
// 0 A B C 1 D E 2 F G ...
cout << "策划部门:" << endl;

multimap<int,Worker>::iterator pos = m.find(CEHUA);
int count = m.count(CEHUA); // 统计具体人数
int index = 0;
for (; pos != m.end() && index < count; pos++ , index++)
{
cout << "姓名: " << pos->second.m_Name << " 工资: " << pos->second.m_Salary << endl;
}

cout << "----------------------" << endl;
cout << "美术部门: " << endl;
pos = m.find(MEISHU);
count = m.count(MEISHU); // 统计具体人数
index = 0;
for (; pos != m.end() && index < count; pos++, index++)
{
cout << "姓名: " << pos->second.m_Name << " 工资: " << pos->second.m_Salary << endl;
}

cout << "----------------------" << endl;
cout << "研发部门: " << endl;
pos = m.find(YANFA);
count = m.count(YANFA); // 统计具体人数
index = 0;
for (; pos != m.end() && index < count; pos++, index++)
{
cout << "姓名: " << pos->second.m_Name << " 工资: " << pos->second.m_Salary << endl;
}

}

int main() {

srand((unsigned int)time(NULL));

//1、创建员工
vector<Worker>vWorker;
createWorker(vWorker);

//2、员工分组
multimap<int, Worker>mWorker;
setGroup(vWorker, mWorker);


//3、分组显示员工
showWorkerByGourp(mWorker);

////测试
//for (vector<Worker>::iterator it = vWorker.begin(); it != vWorker.end(); it++)
//{
// cout << "姓名: " << it->m_Name << " 工资: " << it->m_Salary << endl;
//}

system("pause");

return 0;
}

总结:

  • 当数据以键值对形式存在,可以考虑用map 或 multimap

STL- 函数对象

函数对象

函数对象概念

概念:

  • 重载函数调用操作符的类,其对象常称为函数对象
  • 函数对象使用重载的()时,行为类似函数调用,也叫仿函数

本质:

函数对象(仿函数)是一个,不是一个函数

函数对象使用

特点:

  • 函数对象在使用时,可以像普通函数那样调用, 可以有参数,可以有返回值
  • 函数对象超出普通函数的概念,函数对象可以有自己的状态
  • 函数对象可以作为参数传递

示例:

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#include <string>

//1、函数对象在使用时,可以像普通函数那样调用, 可以有参数,可以有返回值
class MyAdd
{
public :
int operator()(int v1,int v2)
{
return v1 + v2;
}
};

void test01()
{
MyAdd myAdd;
cout << myAdd(10, 10) << endl;
}

//2、函数对象可以有自己的状态
class MyPrint
{
public:
MyPrint()
{
count = 0;
}
void operator()(string test)
{
cout << test << endl;
count++; //统计使用次数
}

int count; //内部自己的状态
};
void test02()
{
MyPrint myPrint;
myPrint("hello world");
myPrint("hello world");
myPrint("hello world");
cout << "myPrint调用次数为: " << myPrint.count << endl;
}

//3、函数对象可以作为参数传递
void doPrint(MyPrint &mp , string test)
{
mp(test);
}

void test03()
{
MyPrint myPrint;
doPrint(myPrint, "Hello C++");
}

int main() {

//test01();
//test02();
test03();

system("pause");

return 0;
}

总结:

  • 仿函数写法非常灵活,可以作为参数进行传递。

谓词

谓词概念

概念:

  • 返回bool类型的仿函数称为谓词
  • 如果operator()接受一个参数,那么叫做一元谓词
  • 如果operator()接受两个参数,那么叫做二元谓词

一元谓词

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#include <vector>
#include <algorithm>

//1.一元谓词
struct GreaterFive{
bool operator()(int val) {
return val > 5;
}
};

void test01() {

vector<int> v;
for (int i = 0; i < 10; i++)
{
v.push_back(i);
}

vector<int>::iterator it = find_if(v.begin(), v.end(), GreaterFive());
if (it == v.end()) {
cout << "没找到!" << endl;
}
else {
cout << "找到:" << *it << endl;
}

}

int main() {

test01();

system("pause");

return 0;
}

总结:参数只有一个的谓词,称为一元谓词

二元谓词

示例:

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#include <vector>
#include <algorithm>
//二元谓词
class MyCompare
{
public:
bool operator()(int num1, int num2)
{
return num1 > num2;
}
};

void test01()
{
vector<int> v;
v.push_back(10);
v.push_back(40);
v.push_back(20);
v.push_back(30);
v.push_back(50);

//默认从小到大
sort(v.begin(), v.end());
for (vector<int>::iterator it = v.begin(); it != v.end(); it++)
{
cout << *it << " ";
}
cout << endl;
cout << "----------------------------" << endl;

//使用函数对象改变算法策略,排序从大到小
sort(v.begin(), v.end(), MyCompare());
for (vector<int>::iterator it = v.begin(); it != v.end(); it++)
{
cout << *it << " ";
}
cout << endl;
}

int main() {
test01();
return 0;
}

总结:参数只有两个的谓词,称为二元谓词

内建函数对象

内建函数对象意义

概念:

  • STL内建了一些函数对象

分类:

  • 算术仿函数

  • 关系仿函数

  • 逻辑仿函数

用法:

  • 这些仿函数所产生的对象,用法和一般函数完全相同
  • 使用内建函数对象,需要引入头文件 #include<functional>

算术仿函数

功能描述:

  • 实现四则运算
  • 其中negate是一元运算,其他都是二元运算

仿函数原型:

  • template<class T> T plus<T> //加法仿函数
  • template<class T> T minus<T> //减法仿函数
  • template<class T> T multiplies<T> //乘法仿函数
  • template<class T> T divides<T> //除法仿函数
  • template<class T> T modulus<T> //取模仿函数
  • template<class T> T negate<T> //取反仿函数

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#include <functional>
//negate
void test01()
{
negate<int> n;
cout << n(50) << endl;
}

//plus
void test02()
{
plus<int> p;
cout << p(10, 20) << endl;
}

int main() {

test01();
test02();

system("pause");

return 0;
}

总结:使用内建函数对象时,需要引入头文件 #include <functional>

关系仿函数

功能描述:

  • 实现关系对比

仿函数原型:

  • template<class T> bool equal_to<T> //等于
  • template<class T> bool not_equal_to<T> //不等于
  • template<class T> bool greater<T> //大于
  • template<class T> bool greater_equal<T> //大于等于
  • template<class T> bool less<T> //小于
  • template<class T> bool less_equal<T> //小于等于

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#include <functional>
#include <vector>
#include <algorithm>

class MyCompare
{
public:
bool operator()(int v1,int v2)
{
return v1 > v2;
}
};
void test01()
{
vector<int> v;

v.push_back(10);
v.push_back(30);
v.push_back(50);
v.push_back(40);
v.push_back(20);

for (vector<int>::iterator it = v.begin(); it != v.end(); it++) {
cout << *it << " ";
}
cout << endl;

//自己实现仿函数
//sort(v.begin(), v.end(), MyCompare());
//STL内建仿函数 大于仿函数
sort(v.begin(), v.end(), greater<int>());

for (vector<int>::iterator it = v.begin(); it != v.end(); it++) {
cout << *it << " ";
}
cout << endl;
}

int main() {

test01();

system("pause");

return 0;
}

总结:关系仿函数中最常用的就是greater<>大于

逻辑仿函数

功能描述:

  • 实现逻辑运算

函数原型:

  • template<class T> bool logical_and<T> //逻辑与
  • template<class T> bool logical_or<T> //逻辑或
  • template<class T> bool logical_not<T> //逻辑非

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#include <vector>
#include <functional>
#include <algorithm>
void test01()
{
vector<bool> v;
v.push_back(true);
v.push_back(false);
v.push_back(true);
v.push_back(false);

for (vector<bool>::iterator it = v.begin();it!= v.end();it++)
{
cout << *it << " ";
}
cout << endl;

//逻辑非 将v容器搬运到v2中,并执行逻辑非运算
vector<bool> v2;
v2.resize(v.size());
transform(v.begin(), v.end(), v2.begin(), logical_not<bool>());
for (vector<bool>::iterator it = v2.begin(); it != v2.end(); it++)
{
cout << *it << " ";
}
cout << endl;
}

int main() {

test01();

system("pause");

return 0;
}

总结:逻辑仿函数实际应用较少,了解即可

STL- 常用算法

概述:

  • 算法主要是由头文件<algorithm> <functional> <numeric>组成。

  • <algorithm>是所有STL头文件中最大的一个,范围涉及到比较、 交换、查找、遍历操作、复制、修改等等

  • <numeric>体积很小,只包括几个在序列上面进行简单数学运算的模板函数
  • <functional>定义了一些模板类,用以声明函数对象。

常用遍历算法

算法简介:

  • for_each //遍历容器
  • transform //搬运容器到另一个容器中

for_each

功能描述:

  • 实现遍历容器

函数原型:

  • for_each(iterator beg, iterator end, _func);

    // 遍历算法 遍历容器元素

    // beg 开始迭代器

    // end 结束迭代器

    // _func 函数或者函数对象

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#include <algorithm>
#include <vector>

//普通函数
void print01(int val)
{
cout << val << " ";
}
//函数对象
class print02
{
public:
void operator()(int val)
{
cout << val << " ";
}
};

//for_each算法基本用法
void test01() {

vector<int> v;
for (int i = 0; i < 10; i++)
{
v.push_back(i);
}

//遍历算法
for_each(v.begin(), v.end(), print01);
cout << endl;

for_each(v.begin(), v.end(), print02());
cout << endl;
}

int main() {

test01();

system("pause");

return 0;
}

总结:for_each在实际开发中是最常用遍历算法

transform

功能描述:

  • 搬运容器到另一个容器中

函数原型:

  • transform(iterator beg1, iterator end1, iterator beg2, _func);

//beg1 源容器开始迭代器

//end1 源容器结束迭代器

//beg2 目标容器开始迭代器

//_func 函数或者函数对象

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#include<vector>
#include<algorithm>

//常用遍历算法 搬运 transform

class TransForm
{
public:
int operator()(int val)
{
return val;
}

};

class MyPrint
{
public:
void operator()(int val)
{
cout << val << " ";
}
};

void test01()
{
vector<int>v;
for (int i = 0; i < 10; i++)
{
v.push_back(i);
}

vector<int>vTarget; //目标容器

vTarget.resize(v.size()); // 目标容器需要提前开辟空间

transform(v.begin(), v.end(), vTarget.begin(), TransForm());

for_each(vTarget.begin(), vTarget.end(), MyPrint());
}

int main() {

test01();

system("pause");

return 0;
}

总结: 搬运的目标容器必须要提前开辟空间,否则无法正常搬运

常用查找算法

算法简介:

  • find //查找元素
  • find_if //按条件查找元素
  • adjacent_find //查找相邻重复元素
  • binary_search //二分查找法
  • count //统计元素个数
  • count_if //按条件统计元素个数

find

功能描述:

  • 查找指定元素,找到返回指定元素的迭代器,找不到返回结束迭代器end()

函数原型:

  • find(iterator beg, iterator end, value);

    // 按值查找元素,找到返回指定位置迭代器,找不到返回结束迭代器位置

    // beg 开始迭代器

    // end 结束迭代器

    // value 查找的元素

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#include <algorithm>
#include <vector>
#include <string>
void test01() {

vector<int> v;
for (int i = 0; i < 10; i++) {
v.push_back(i + 1);
}
//查找容器中是否有 5 这个元素
vector<int>::iterator it = find(v.begin(), v.end(), 5);
if (it == v.end())
{
cout << "没有找到!" << endl;
}
else
{
cout << "找到:" << *it << endl;
}
}

class Person {
public:
Person(string name, int age)
{
this->m_Name = name;
this->m_Age = age;
}
//重载==
bool operator==(const Person& p)
{
if (this->m_Name == p.m_Name && this->m_Age == p.m_Age)
{
return true;
}
return false;
}

public:
string m_Name;
int m_Age;
};

void test02() {

vector<Person> v;

//创建数据
Person p1("aaa", 10);
Person p2("bbb", 20);
Person p3("ccc", 30);
Person p4("ddd", 40);

v.push_back(p1);
v.push_back(p2);
v.push_back(p3);
v.push_back(p4);

vector<Person>::iterator it = find(v.begin(), v.end(), p2);
if (it == v.end())
{
cout << "没有找到!" << endl;
}
else
{
cout << "找到姓名:" << it->m_Name << " 年龄: " << it->m_Age << endl;
}
}

总结: 利用find可以在容器中找指定的元素,返回值是迭代器

find_if

功能描述:

  • 按条件查找元素

函数原型:

  • find_if(iterator beg, iterator end, _Pred);

    // 按值查找元素,找到返回指定位置迭代器,找不到返回结束迭代器位置

    // beg 开始迭代器

    // end 结束迭代器

    // _Pred 函数或者谓词(返回bool类型的仿函数)

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

//内置数据类型
class GreaterFive
{
public:
bool operator()(int val)
{
return val > 5;
}
};

void test01() {

vector<int> v;
for (int i = 0; i < 10; i++) {
v.push_back(i + 1);
}

vector<int>::iterator it = find_if(v.begin(), v.end(), GreaterFive());
if (it == v.end()) {
cout << "没有找到!" << endl;
}
else {
cout << "找到大于5的数字:" << *it << endl;
}
}

//自定义数据类型
class Person {
public:
Person(string name, int age)
{
this->m_Name = name;
this->m_Age = age;
}
public:
string m_Name;
int m_Age;
};

class Greater20
{
public:
bool operator()(Person &p)
{
return p.m_Age > 20;
}
};

void test02() {

vector<Person> v;

//创建数据
Person p1("aaa", 10);
Person p2("bbb", 20);
Person p3("ccc", 30);
Person p4("ddd", 40);

v.push_back(p1);
v.push_back(p2);
v.push_back(p3);
v.push_back(p4);

vector<Person>::iterator it = find_if(v.begin(), v.end(), Greater20());
if (it == v.end())
{
cout << "没有找到!" << endl;
}
else
{
cout << "找到姓名:" << it->m_Name << " 年龄: " << it->m_Age << endl;
}
}

int main() {

//test01();

test02();

system("pause");

return 0;
}

总结:find_if按条件查找使查找更加灵活,提供的仿函数可以改变不同的策略

adjacent_find

功能描述:

  • 查找相邻重复元素

函数原型:

  • adjacent_find(iterator beg, iterator end);

    // 查找相邻重复元素,返回相邻元素的第一个位置的迭代器

    // beg 开始迭代器

    // end 结束迭代器

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#include <algorithm>
#include <vector>

void test01()
{
vector<int> v;
v.push_back(1);
v.push_back(2);
v.push_back(5);
v.push_back(2);
v.push_back(4);
v.push_back(4);
v.push_back(3);

//查找相邻重复元素
vector<int>::iterator it = adjacent_find(v.begin(), v.end());
if (it == v.end()) {
cout << "找不到!" << endl;
}
else {
cout << "找到相邻重复元素为:" << *it << endl;
}
}

功能描述:

  • 查找指定元素是否存在

函数原型:

  • bool binary_search(iterator beg, iterator end, value);

    // 查找指定的元素,查到 返回true 否则false

    // 注意: 在无序序列中不可用

    // beg 开始迭代器

    // end 结束迭代器

    // value 查找的元素

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#include <algorithm>
#include <vector>

void test01()
{
vector<int>v;

for (int i = 0; i < 10; i++)
{
v.push_back(i);
}
//二分查找
bool ret = binary_search(v.begin(), v.end(),2);
if (ret)
{
cout << "找到了" << endl;
}
else
{
cout << "未找到" << endl;
}
}

int main() {

test01();

system("pause");

return 0;
}

总结:二分查找法查找效率很高,值得注意的是查找的容器中元素必须的有序序列

count

功能描述:

  • 统计元素个数

函数原型:

  • count(iterator beg, iterator end, value);

    // 统计元素出现次数

    // beg 开始迭代器

    // end 结束迭代器

    // value 统计的元素

示例:

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#include <algorithm>
#include <vector>

//内置数据类型
void test01()
{
vector<int> v;
v.push_back(1);
v.push_back(2);
v.push_back(4);
v.push_back(5);
v.push_back(3);
v.push_back(4);
v.push_back(4);

int num = count(v.begin(), v.end(), 4);

cout << "4的个数为: " << num << endl;
}

//自定义数据类型
class Person
{
public:
Person(string name, int age)
{
this->m_Name = name;
this->m_Age = age;
}
bool operator==(const Person & p)
{
if (this->m_Age == p.m_Age)
{
return true;
}
else
{
return false;
}
}
string m_Name;
int m_Age;
};

void test02()
{
vector<Person> v;

Person p1("刘备", 35);
Person p2("关羽", 35);
Person p3("张飞", 35);
Person p4("赵云", 30);
Person p5("曹操", 25);

v.push_back(p1);
v.push_back(p2);
v.push_back(p3);
v.push_back(p4);
v.push_back(p5);

Person p("诸葛亮",35);

int num = count(v.begin(), v.end(), p);
cout << "num = " << num << endl;
}
int main() {

//test01();

test02();

system("pause");

return 0;
}

总结: 统计自定义数据类型时候,需要配合重载 operator==

count_if

功能描述:

  • 按条件统计元素个数

函数原型:

  • count_if(iterator beg, iterator end, _Pred);

    // 按条件统计元素出现次数

    // beg 开始迭代器

    // end 结束迭代器

    // _Pred 谓词

示例:

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#include <algorithm>
#include <vector>

class Greater4
{
public:
bool operator()(int val)
{
return val >= 4;
}
};

//内置数据类型
void test01()
{
vector<int> v;
v.push_back(1);
v.push_back(2);
v.push_back(4);
v.push_back(5);
v.push_back(3);
v.push_back(4);
v.push_back(4);

int num = count_if(v.begin(), v.end(), Greater4());

cout << "大于4的个数为: " << num << endl;
}

//自定义数据类型
class Person
{
public:
Person(string name, int age)
{
this->m_Name = name;
this->m_Age = age;
}

string m_Name;
int m_Age;
};

class AgeLess35
{
public:
bool operator()(const Person &p)
{
return p.m_Age < 35;
}
};
void test02()
{
vector<Person> v;

Person p1("刘备", 35);
Person p2("关羽", 35);
Person p3("张飞", 35);
Person p4("赵云", 30);
Person p5("曹操", 25);

v.push_back(p1);
v.push_back(p2);
v.push_back(p3);
v.push_back(p4);
v.push_back(p5);

int num = count_if(v.begin(), v.end(), AgeLess35());
cout << "小于35岁的个数:" << num << endl;
}


int main() {

//test01();

test02();

system("pause");

return 0;
}

总结:按值统计用count,按条件统计用count_if

常用排序算法

学习目标:

  • 掌握常用的排序算法

算法简介:

  • sort //对容器内元素进行排序
  • random_shuffle //洗牌 指定范围内的元素随机调整次序
  • merge // 容器元素合并,并存储到另一容器中
  • reverse // 反转指定范围的元素

sort

功能描述:

  • 对容器内元素进行排序

函数原型:

  • sort(iterator beg, iterator end, _Pred);

    // beg 开始迭代器

    // end 结束迭代器

    // _Pred 谓词

示例:

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#include <algorithm>
#include <vector>

void myPrint(int val)
{
cout << val << " ";
}

void test01() {
vector<int> v;
v.push_back(10);
v.push_back(30);
v.push_back(50);
v.push_back(20);
v.push_back(40);

//sort默认从小到大排序
sort(v.begin(), v.end());
for_each(v.begin(), v.end(), myPrint);
cout << endl;

//从大到小排序
sort(v.begin(), v.end(), greater<int>());
for_each(v.begin(), v.end(), myPrint);
cout << endl;
}

int main() {

test01();

system("pause");

return 0;
}

random_shuffle

功能描述:

  • 洗牌 指定范围内的元素随机调整次序

函数原型:

  • random_shuffle(iterator beg, iterator end);

    // 指定范围内的元素随机调整次序

    // beg 开始迭代器

    // end 结束迭代器

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#include <algorithm>
#include <vector>
#include <ctime>

class myPrint
{
public:
void operator()(int val)
{
cout << val << " ";
}
};

void test01()
{
srand((unsigned int)time(NULL));
vector<int> v;
for(int i = 0 ; i < 10;i++)
{
v.push_back(i);
}
for_each(v.begin(), v.end(), myPrint());
cout << endl;

//打乱顺序
random_shuffle(v.begin(), v.end());
for_each(v.begin(), v.end(), myPrint());
cout << endl;
}

int main() {

test01();

system("pause");

return 0;
}

总结:random_shuffle洗牌算法比较实用,使用时记得加随机数种子

merge

功能描述:

  • 两个容器元素合并,并存储到另一容器中

函数原型:

  • merge(iterator beg1, iterator end1, iterator beg2, iterator end2, iterator dest);

    // 容器元素合并,并存储到另一容器中

    // 注意: 两个容器必须是有序的

    // beg1 容器1开始迭代器
    // end1 容器1结束迭代器
    // beg2 容器2开始迭代器
    // end2 容器2结束迭代器
    // dest 目标容器开始迭代器

示例:

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#include <algorithm>
#include <vector>

class myPrint
{
public:
void operator()(int val)
{
cout << val << " ";
}
};

void test01()
{
vector<int> v1;
vector<int> v2;
for (int i = 0; i < 10 ; i++)
{
v1.push_back(i);
v2.push_back(i + 1);
}

vector<int> vtarget;
//目标容器需要提前开辟空间
vtarget.resize(v1.size() + v2.size());
//合并 需要两个有序序列
merge(v1.begin(), v1.end(), v2.begin(), v2.end(), vtarget.begin());
for_each(vtarget.begin(), vtarget.end(), myPrint());
cout << endl;
}

int main() {

test01();

system("pause");

return 0;
}

总结:merge合并的两个容器必须的有序序列

reverse

功能描述:

  • 将容器内元素进行反转

函数原型:

  • reverse(iterator beg, iterator end);

    // 反转指定范围的元素

    // beg 开始迭代器

    // end 结束迭代器

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#include <algorithm>
#include <vector>

class myPrint
{
public:
void operator()(int val)
{
cout << val << " ";
}
};

void test01()
{
vector<int> v;
v.push_back(10);
v.push_back(30);
v.push_back(50);
v.push_back(20);
v.push_back(40);

cout << "反转前: " << endl;
for_each(v.begin(), v.end(), myPrint());
cout << endl;

cout << "反转后: " << endl;

reverse(v.begin(), v.end());
for_each(v.begin(), v.end(), myPrint());
cout << endl;
}

int main() {

test01();

system("pause");

return 0;
}

常用拷贝和替换算法

算法简介:

  • copy // 容器内指定范围的元素拷贝到另一容器中
  • replace // 将容器内指定范围的旧元素修改为新元素
  • replace_if // 容器内指定范围满足条件的元素替换为新元素
  • swap // 互换两个容器的元素

copy

功能描述:

  • 容器内指定范围的元素拷贝到另一容器中

函数原型:

  • copy(iterator beg, iterator end, iterator dest);

    // 按值查找元素,找到返回指定位置迭代器,找不到返回结束迭代器位置

    // beg 开始迭代器

    // end 结束迭代器

    // dest 目标起始迭代器

示例:

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#include <algorithm>
#include <vector>

class myPrint
{
public:
void operator()(int val)
{
cout << val << " ";
}
};

void test01()
{
vector<int> v1;
for (int i = 0; i < 10; i++) {
v1.push_back(i + 1);
}
vector<int> v2;
v2.resize(v1.size());
copy(v1.begin(), v1.end(), v2.begin());

for_each(v2.begin(), v2.end(), myPrint());
cout << endl;
}

int main() {

test01();

system("pause");

return 0;
}

总结:利用copy算法在拷贝时,目标容器记得提前开辟空间

replace

功能描述:

  • 将容器内指定范围的旧元素修改为新元素

函数原型:

  • replace(iterator beg, iterator end, oldvalue, newvalue);

    // 将区间内旧元素 替换成 新元素

    // beg 开始迭代器

    // end 结束迭代器

    // oldvalue 旧元素

    // newvalue 新元素

示例:

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#include <algorithm>
#include <vector>

class myPrint
{
public:
void operator()(int val)
{
cout << val << " ";
}
};

void test01()
{
vector<int> v;
v.push_back(20);
v.push_back(30);
v.push_back(20);
v.push_back(40);
v.push_back(50);
v.push_back(10);
v.push_back(20);

cout << "替换前:" << endl;
for_each(v.begin(), v.end(), myPrint());
cout << endl;

//将容器中的20 替换成 2000
cout << "替换后:" << endl;
replace(v.begin(), v.end(), 20,2000);
for_each(v.begin(), v.end(), myPrint());
cout << endl;
}

int main() {

test01();

system("pause");

return 0;
}

总结:replace会替换区间内满足条件的元素

replace_if

功能描述:

  • 将区间内满足条件的元素,替换成指定元素

函数原型:

  • replace_if(iterator beg, iterator end, _pred, newvalue);

    // 按条件替换元素,满足条件的替换成指定元素

    // beg 开始迭代器

    // end 结束迭代器

    // _pred 谓词

    // newvalue 替换的新元素

示例:

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#include <algorithm>
#include <vector>

class myPrint
{
public:
void operator()(int val)
{
cout << val << " ";
}
};

class ReplaceGreater30
{
public:
bool operator()(int val)
{
return val >= 30;
}

};

void test01()
{
vector<int> v;
v.push_back(20);
v.push_back(30);
v.push_back(20);
v.push_back(40);
v.push_back(50);
v.push_back(10);
v.push_back(20);

cout << "替换前:" << endl;
for_each(v.begin(), v.end(), myPrint());
cout << endl;

//将容器中大于等于的30 替换成 3000
cout << "替换后:" << endl;
replace_if(v.begin(), v.end(), ReplaceGreater30(), 3000);
for_each(v.begin(), v.end(), myPrint());
cout << endl;
}

int main() {

test01();

system("pause");

return 0;
}

总结:replace_if按条件查找,可以利用仿函数灵活筛选满足的条件

swap

功能描述:

  • 互换两个容器的元素

函数原型:

  • swap(container c1, container c2);

    // 互换两个容器的元素

    // c1容器1

    // c2容器2

示例:

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#include <algorithm>
#include <vector>

class myPrint
{
public:
void operator()(int val)
{
cout << val << " ";
}
};

void test01()
{
vector<int> v1;
vector<int> v2;
for (int i = 0; i < 10; i++) {
v1.push_back(i);
v2.push_back(i+100);
}

cout << "交换前: " << endl;
for_each(v1.begin(), v1.end(), myPrint());
cout << endl;
for_each(v2.begin(), v2.end(), myPrint());
cout << endl;

cout << "交换后: " << endl;
swap(v1, v2);
for_each(v1.begin(), v1.end(), myPrint());
cout << endl;
for_each(v2.begin(), v2.end(), myPrint());
cout << endl;
}

int main() {

test01();

system("pause");

return 0;
}

总结: swap交换容器时,注意交换的容器要同种类型

常用算术生成算法

注意:

  • 算术生成算法属于小型算法,使用时包含的头文件为 #include <numeric>

算法简介:

  • accumulate // 计算容器元素累计总和

  • fill // 向容器中添加元素

accumulate

功能描述:

  • 计算区间内 容器元素累计总和

函数原型:

  • accumulate(iterator beg, iterator end, value);

    // 计算容器元素累计总和

    // beg 开始迭代器

    // end 结束迭代器

    // value 起始值

示例:

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#include <numeric>
#include <vector>
void test01()
{
vector<int> v;
for (int i = 0; i <= 100; i++) {
v.push_back(i);
}

int total = accumulate(v.begin(), v.end(), 0);

cout << "total = " << total << endl;
}

int main() {

test01();

system("pause");

return 0;
}

总结:accumulate使用时头文件注意是 numeric,这个算法很实用

fill

功能描述:

  • 向容器中填充指定的元素

函数原型:

  • fill(iterator beg, iterator end, value);

    // 向容器中填充元素

    // beg 开始迭代器

    // end 结束迭代器

    // value 填充的值

示例:

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#include <numeric>
#include <vector>
#include <algorithm>

class myPrint
{
public:
void operator()(int val)
{
cout << val << " ";
}
};

void test01()
{

vector<int> v;
v.resize(10);
//填充
fill(v.begin(), v.end(), 100);

for_each(v.begin(), v.end(), myPrint());
cout << endl;
}

int main() {

test01();

system("pause");

return 0;
}

总结:利用fill可以将容器区间内元素填充为 指定的值

常用集合算法

算法简介:

  • set_intersection // 求两个容器的交集

  • set_union // 求两个容器的并集

  • set_difference // 求两个容器的差集

set_intersection

功能描述:

  • 求两个容器的交集

函数原型:

  • set_intersection(iterator beg1, iterator end1, iterator beg2, iterator end2, iterator dest);

    // 求两个集合的交集

    // 注意:两个集合必须是有序序列

    // beg1 容器1开始迭代器
    // end1 容器1结束迭代器
    // beg2 容器2开始迭代器
    // end2 容器2结束迭代器
    // dest 目标容器开始迭代器

示例:

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#include <vector>
#include <algorithm>

class myPrint
{
public:
void operator()(int val)
{
cout << val << " ";
}
};

void test01()
{
vector<int> v1;
vector<int> v2;
for (int i = 0; i < 10; i++)
{
v1.push_back(i);
v2.push_back(i+5);
}

vector<int> vTarget;
//取两个里面较小的值给目标容器开辟空间
vTarget.resize(min(v1.size(), v2.size()));

//返回目标容器的最后一个元素的迭代器地址
vector<int>::iterator itEnd =
set_intersection(v1.begin(), v1.end(), v2.begin(), v2.end(), vTarget.begin());

for_each(vTarget.begin(), itEnd, myPrint());
cout << endl;
}

int main() {

test01();

system("pause");

return 0;
}

总结:

  • 求交集的两个集合必须的有序序列
  • 目标容器开辟空间需要从两个容器中取小值
  • set_intersection返回值既是交集中最后一个元素的位置

set_union

功能描述:

  • 求两个集合的并集

函数原型:

  • set_union(iterator beg1, iterator end1, iterator beg2, iterator end2, iterator dest);

    // 求两个集合的并集

    // 注意:两个集合必须是有序序列

    // beg1 容器1开始迭代器
    // end1 容器1结束迭代器
    // beg2 容器2开始迭代器
    // end2 容器2结束迭代器
    // dest 目标容器开始迭代器

示例:

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#include <vector>
#include <algorithm>

class myPrint
{
public:
void operator()(int val)
{
cout << val << " ";
}
};

void test01()
{
vector<int> v1;
vector<int> v2;
for (int i = 0; i < 10; i++) {
v1.push_back(i);
v2.push_back(i+5);
}

vector<int> vTarget;
//取两个容器的和给目标容器开辟空间
vTarget.resize(v1.size() + v2.size());

//返回目标容器的最后一个元素的迭代器地址
vector<int>::iterator itEnd =
set_union(v1.begin(), v1.end(), v2.begin(), v2.end(), vTarget.begin());

for_each(vTarget.begin(), itEnd, myPrint());
cout << endl;
}

int main() {

test01();

system("pause");

return 0;
}

总结:

  • 求并集的两个集合必须为有序序列
  • 目标容器开辟空间需要两个容器相加
  • set_union返回值既是并集中最后一个元素的位置

set_difference

功能描述:

  • 求两个集合的差集

函数原型:

  • set_difference(iterator beg1, iterator end1, iterator beg2, iterator end2, iterator dest);

    // 求两个集合的差集

    // 注意:两个集合必须是有序序列

    // beg1 容器1开始迭代器
    // end1 容器1结束迭代器
    // beg2 容器2开始迭代器
    // end2 容器2结束迭代器
    // dest 目标容器开始迭代器

示例:

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#include <vector>
#include <algorithm>

class myPrint
{
public:
void operator()(int val)
{
cout << val << " ";
}
};

void test01()
{
vector<int> v1;
vector<int> v2;
for (int i = 0; i < 10; i++) {
v1.push_back(i);
v2.push_back(i+5);
}

vector<int> vTarget;
//取两个里面较大的值给目标容器开辟空间
vTarget.resize( max(v1.size() , v2.size()));

//返回目标容器的最后一个元素的迭代器地址
cout << "v1与v2的差集为: " << endl;
vector<int>::iterator itEnd =
set_difference(v1.begin(), v1.end(), v2.begin(), v2.end(), vTarget.begin());
for_each(vTarget.begin(), itEnd, myPrint());
cout << endl;


cout << "v2与v1的差集为: " << endl;
itEnd = set_difference(v2.begin(), v2.end(), v1.begin(), v1.end(), vTarget.begin());
for_each(vTarget.begin(), itEnd, myPrint());
cout << endl;
}

int main() {

test01();

system("pause");

return 0;
}

总结:

  • 求差集的两个集合必须的有序序列
  • 目标容器开辟空间需要从两个容器取较大值
  • set_difference返回值既是差集中最后一个元素的位置

内存分区模型

C++程序在执行时,将内存大方向划分为4个区域

  • 代码区:存放函数体的二进制代码,由操作系统进行管理的
  • 全局区(数据区):存放全局变量和静态变量以及常量
  • 栈区:由编译器自动分配释放, 存放函数的参数值,局部变量
  • 堆区:由程序员分配和释放,若程序员不释放,程序结束时由操作系统回收

内存四区意义:

不同区域存放的数据,赋予不同的生命周期, 给我们更大的灵活编程

程序运行前

​ 在程序编译后,生成了exe可执行程序,未执行该程序前分为两个区域

代码区:

​ 存放 CPU 执行的机器指令

​ 代码区是共享的,共享的目的是对于频繁被执行的程序,只需要在内存中有一份代码即可

​ 代码区是只读的,使其只读的原因是防止程序意外地修改了它的指令

全局区:

全局变量和静态变量存放在此.

​ 全局区还包含了常量区, 字符串常量和其他常量也存放在此.

该区域的数据在程序结束后由操作系统释放.

示例:

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//全局变量
int g_a = 10;
int g_b = 10;

//全局常量
const int c_g_a = 10;
const int c_g_b = 10;

int main() {

//局部变量
int a = 10;
int b = 10;

//打印地址
cout << "局部变量a地址为: " << (int)&a << endl;
cout << "局部变量b地址为: " << (int)&b << endl;

cout << "全局变量g_a地址为: " << (int)&g_a << endl;
cout << "全局变量g_b地址为: " << (int)&g_b << endl;

//静态变量
static int s_a = 10;
static int s_b = 10;

cout << "静态变量s_a地址为: " << (int)&s_a << endl;
cout << "静态变量s_b地址为: " << (int)&s_b << endl;

cout << "字符串常量地址为: " << (int)&"hello world" << endl;
cout << "字符串常量地址为: " << (int)&"hello world1" << endl;

cout << "全局常量c_g_a地址为: " << (int)&c_g_a << endl;
cout << "全局常量c_g_b地址为: " << (int)&c_g_b << endl;

const int c_l_a = 10;
const int c_l_b = 10;
cout << "局部常量c_l_a地址为: " << (int)&c_l_a << endl;
cout << "局部常量c_l_b地址为: " << (int)&c_l_b << endl;

system("pause");

return 0;
}

打印结果:

1545017602518

总结:

  • C++中在程序运行前分为全局区和代码区
  • 代码区特点是共享和只读
  • 全局区中存放全局变量、静态变量、常量
  • 常量区中存放 const修饰的全局常量 和 字符串常量

程序运行后

栈区:

​ 由编译器自动分配释放, 存放函数的参数值,局部变量

​ 注意事项:不要返回局部变量的地址栈区开辟的数据由编译器自动释放

示例:

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int * func()
{
int a = 10;
return &a;
}

int main() {

int *p = func();

cout << *p << endl;
cout << *p << endl;

system("pause");

return 0;
}

堆区:

由程序员分配释放,若程序员不释放,程序结束时由操作系统回收

​ 在C++中主要利用new在堆区开辟内存

示例:

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int* func()
{
int* a = new int(10);
return a;
}

int main() {

int *p = func();

cout << *p << endl;
cout << *p << endl;

system("pause");

return 0;
}

总结:

  • 堆区数据由程序员管理开辟和释放

  • 堆区数据利用new关键字进行开辟内存

new操作符

​ C++中利用new操作符在堆区开辟数据

​ 堆区开辟的数据,由程序员手动开辟,手动释放,释放利用操作符 delete

​ 语法:new 数据类型

利用new创建的数据,会返回该数据对应的类型的指针

示例1: 基本语法

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int* func()
{
int* a = new int(10);
return a;
}

int main() {

int *p = func();

cout << *p << endl;
cout << *p << endl;

//利用delete释放堆区数据
delete p;

//cout << *p << endl; //报错,释放的空间不可访问

system("pause");

return 0;
}

示例2:开辟数组

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//堆区开辟数组
int main() {

int* arr = new int[10];

for (int i = 0; i < 10; i++)
{
arr[i] = i + 100;
}

for (int i = 0; i < 10; i++)
{
cout << arr[i] << endl;
}
//释放数组 delete 后加 []
delete[] arr;

system("pause");

return 0;
}

引用

引用的基本使用

作用: 给变量起别名

语法: 数据类型 &别名 = 原名

示例:

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int main() {

int a = 10;
int &b = a;

cout << "a = " << a << endl;
cout << "b = " << b << endl;

b = 100;

cout << "a = " << a << endl;
cout << "b = " << b << endl;

system("pause");

return 0;
}

引用注意事项

  • 引用必须初始化
  • 引用在初始化后,不可以改变

示例:

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int main() {

int a = 10;
int b = 20;
//int &c; //错误,引用必须初始化
int &c = a; //一旦初始化后,就不可以更改
c = b; //这是赋值操作,不是更改引用

cout << "a = " << a << endl;
cout << "b = " << b << endl;
cout << "c = " << c << endl;

system("pause");

return 0;
}

引用做函数参数

作用:函数传参时,可以利用引用的技术让形参修饰实参

优点:可以简化指针修改实参

示例:

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//1. 值传递
void mySwap01(int a, int b) {
int temp = a;
a = b;
b = temp;
}

//2. 地址传递
void mySwap02(int* a, int* b) {
int temp = *a;
*a = *b;
*b = temp;
}

//3. 引用传递
void mySwap03(int& a, int& b) {
int temp = a;
a = b;
b = temp;
}

int main() {

int a = 10;
int b = 20;

mySwap01(a, b);
cout << "a:" << a << " b:" << b << endl;

mySwap02(&a, &b);
cout << "a:" << a << " b:" << b << endl;

mySwap03(a, b);
cout << "a:" << a << " b:" << b << endl;

system("pause");

return 0;
}

总结:通过引用参数产生的效果同按地址传递是一样的。引用的语法更清楚简单

引用做函数返回值

作用:引用是可以作为函数的返回值存在的

注意:不要返回局部变量引用

用法:函数调用作为左值

示例:

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//返回局部变量引用
int& test01() {
int a = 10; //局部变量
return a;
}

//返回静态变量引用
int& test02() {
static int a = 20;
return a;
}

int main() {

//不能返回局部变量的引用
int& ref = test01();
cout << "ref = " << ref << endl;
cout << "ref = " << ref << endl;

//如果函数做左值,那么必须返回引用
int& ref2 = test02();
cout << "ref2 = " << ref2 << endl;
cout << "ref2 = " << ref2 << endl;

test02() = 1000;

cout << "ref2 = " << ref2 << endl;
cout << "ref2 = " << ref2 << endl;

system("pause");

return 0;
}

引用的本质

本质:引用的本质在c++内部实现是一个指针常量(本质是一个常量,指针用来说明常量的类型).

讲解示例:

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//发现是引用,转换为 int* const ref = &a; 指针类型的常量
void func(int& ref){
ref = 100; // ref是引用,转换为*ref = 100
}
int main(){
int a = 10;

//自动转换为 int* const ref = &a; 指针常量是指针指向不可改,也说明为什么引用不可更改
int& ref = a;
ref = 20; //内部发现ref是引用,自动帮我们转换为: *ref = 20;

cout << "a:" << a << endl;
cout << "ref:" << ref << endl;

func(a);
return 0;
}

结论:C++推荐用引用技术,因为语法方便,引用本质是指针常量,但是所有的指针操作编译器都帮我们做了

常量引用

作用:常量引用主要用来修饰形参,防止误操作

在函数形参列表中,可以加const修饰形参,防止形参改变实参

示例:

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//引用使用的场景,通常用来修饰形参 const int* const v;
void showValue(const int& v) {
//v += 10;
cout << v << endl;
}

int main() {

//int& ref = 10; 引用本身需要一个合法的内存空间,因此这行错误
//加入const就可以了,编译器优化代码,int temp = 10; const int& ref = temp;
const int& ref = 10;

//ref = 100; //加入const后不可以修改变量
cout << ref << endl;

//函数中利用常量引用防止误操作修改实参
int a = 10;
showValue(a);

system("pause");

return 0;
}

函数提高

函数默认参数

在C++中,函数的形参列表中的形参是可以有默认值的。

语法:返回值类型 函数名 (参数= 默认值){}

示例:

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int func(int a, int b = 10, int c = 10) {
return a + b + c;
}

//1. 如果某个位置参数有默认值,那么从这个位置往后,从左向右,必须都要有默认值
//2. 如果函数声明有默认值,函数实现的时候就不能有默认参数
int func2(int a = 10, int b = 10);
int func2(int a, int b) {
return a + b;
}

int main() {

cout << "ret = " << func(20, 20) << endl;
cout << "ret = " << func(100) << endl;

system("pause");

return 0;
}

函数占位参数

C++中函数的形参列表里可以有占位参数,用来做占位,调用函数时必须填补该位置

语法: 返回值类型 函数名 (数据类型){}

示例:

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//函数占位参数 ,占位参数也可以有默认参数
void func(int a, int) {
cout << "this is func" << endl;
}

int main() {

func(10,10); //占位参数必须填补

system("pause");

return 0;
}

函数重载

函数重载概述

作用:函数名可以相同,提高复用性

函数重载满足条件:

  • 同一个作用域下
  • 函数名称相同
  • 函数参数类型不同 或者个数不同 或者 顺序不同

注意: 函数的返回值不可以作为函数重载的条件

示例:

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//函数重载需要函数都在同一个作用域下
void func()
{
cout << "func 的调用!" << endl;
}
void func(int a)
{
cout << "func (int a) 的调用!" << endl;
}
void func(double a)
{
cout << "func (double a)的调用!" << endl;
}
void func(int a ,double b)
{
cout << "func (int a ,double b) 的调用!" << endl;
}
void func(double a ,int b)
{
cout << "func (double a ,int b)的调用!" << endl;
}

//函数返回值不可以作为函数重载条件
//int func(double a, int b)
//{
// cout << "func (double a ,int b)的调用!" << endl;
//}


int main() {

func();
func(10);
func(3.14);
func(10,3.14);
func(3.14 , 10);

system("pause");

return 0;
}

函数重载注意事项

  • 引用作为重载条件
  • 函数重载碰到函数默认参数

示例:

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//函数重载注意事项
//1、引用作为重载条件

void func(int &a)
{
cout << "func (int &a) 调用 " << endl;
}

void func(const int &a)
{
cout << "func (const int &a) 调用 " << endl;
}


//2、函数重载碰到函数默认参数

void func2(int a, int b = 10)
{
cout << "func2(int a, int b = 10) 调用" << endl;
}

void func2(int a)
{
cout << "func2(int a) 调用" << endl;
}

int main() {

int a = 10;
func(a); //调用无const
func(10);//调用有const


//func2(10); //碰到默认参数产生歧义,需要避免

system("pause");

return 0;
}

类和对象

C++面向对象的三大特性为:封装、继承、多态

C++认为万事万物都皆为对象,对象上有其属性和行为

例如:

​ 人可以作为对象,属性有姓名、年龄、身高、体重…,行为有走、跑、跳、吃饭、唱歌…

​ 车也可以作为对象,属性有轮胎、方向盘、车灯…,行为有载人、放音乐、放空调…

​ 具有相同性质的==对象==,我们可以抽象称为==类==,人属于人类,车属于车类

封装

封装的意义

封装是C++面向对象三大特性之一

封装的意义:

  • 将属性和行为作为一个整体,表现生活中的事物
  • 将属性和行为加以权限控制

封装意义一:

​ 在设计类的时候,属性和行为写在一起,表现事物

语法: class 类名{ 访问权限: 属性 / 行为 };

示例1:设计一个圆类,求圆的周长

示例代码:

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//圆周率
const double PI = 3.14;

//1、封装的意义
//将属性和行为作为一个整体,用来表现生活中的事物

//封装一个圆类,求圆的周长
//class代表设计一个类,后面跟着的是类名
class Circle
{
public: //访问权限 公共的权限

//属性
int m_r;//半径

//行为
//获取到圆的周长
double calculateZC()
{
//2 * pi * r
//获取圆的周长
return 2 * PI * m_r;
}
};

int main() {

//通过圆类,创建圆的对象
// c1就是一个具体的圆
Circle c1;
c1.m_r = 10; //给圆对象的半径 进行赋值操作

//2 * pi * 10 = = 62.8
cout << "圆的周长为: " << c1.calculateZC() << endl;

system("pause");

return 0;
}

示例2:设计一个学生类,属性有姓名和学号,可以给姓名和学号赋值,可以显示学生的姓名和学号

示例2代码:

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//学生类
class Student {
public:
void setName(string name) {
m_name = name;
}
void setID(int id) {
m_id = id;
}

void showStudent() {
cout << "name:" << m_name << " ID:" << m_id << endl;
}
public:
string m_name;
int m_id;
};

int main() {

Student stu;
stu.setName("德玛西亚");
stu.setID(250);
stu.showStudent();

system("pause");

return 0;
}

封装意义二:

类在设计时,可以把属性和行为放在不同的权限下,加以控制

访问权限有三种:

  1. public 公共权限
  2. protected 保护权限
  3. private 私有权限

示例:

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//三种权限
//公共权限 public 类内可以访问 类外可以访问
//保护权限 protected 类内可以访问 类外不可以访问
//私有权限 private 类内可以访问 类外不可以访问

class Person
{
//姓名 公共权限
public:
string m_Name;

//汽车 保护权限
protected:
string m_Car;

//银行卡密码 私有权限
private:
int m_Password;

public:
void func()
{
m_Name = "张三";
m_Car = "拖拉机";
m_Password = 123456;
}
};

int main() {

Person p;
p.m_Name = "李四";
//p.m_Car = "奔驰"; //保护权限类外访问不到
//p.m_Password = 123; //私有权限类外访问不到

system("pause");

return 0;
}

struct和class区别

在C++中 struct和class唯一的区别就在于 默认的访问权限不同

区别:

  • struct 默认权限为公共
  • class 默认权限为私有
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class C1
{
int m_A; //默认是私有权限
};

struct C2
{
int m_A; //默认是公共权限
};

int main() {

C1 c1;
c1.m_A = 10; //错误,访问权限是私有

C2 c2;
c2.m_A = 10; //正确,访问权限是公共

system("pause");

return 0;
}

成员属性设置为私有

优点1:将所有成员属性设置为私有,可以自己控制读写权限

优点2:对于写权限,我们可以检测数据的有效性

示例:

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class Person {
public:

//姓名设置可读可写
void setName(string name) {
m_Name = name;
}
string getName()
{
return m_Name;
}


//获取年龄
int getAge() {
return m_Age;
}
//设置年龄
void setAge(int age) {
if (age < 0 || age > 150) {
cout << "你个老妖精!" << endl;
return;
}
m_Age = age;
}

//情人设置为只写
void setLover(string lover) {
m_Lover = lover;
}

private:
string m_Name; //可读可写 姓名

int m_Age; //只读 年龄

string m_Lover; //只写 情人
};


int main() {

Person p;
//姓名设置
p.setName("张三");
cout << "姓名: " << p.getName() << endl;

//年龄设置
p.setAge(50);
cout << "年龄: " << p.getAge() << endl;

//情人设置
p.setLover("苍井");
//cout << "情人: " << p.m_Lover << endl; //只写属性,不可以读取

system("pause");

return 0;
}

对象的初始化和清理

  • 生活中我们买的电子产品都基本会有出厂设置,在某一天我们不用时候也会删除一些自己信息数据保证安全
  • C++中的面向对象来源于生活,每个对象也都会有初始设置以及 对象销毁前的清理数据的设置

构造函数和析构函数

对象的初始化和清理也是两个非常重要的安全问题

  • 一个对象或者变量没有初始状态,对其使用后果是未知

  • 同样的使用完一个对象或变量,没有及时清理,也会造成一定的安全问题

c++利用了构造函数析构函数解决上述问题,这两个函数将会被编译器自动调用,完成对象初始化和清理工作

对象的初始化和清理工作是编译器强制要我们做的事情,因此如果我们不提供构造和析构,编译器会提供。

编译器提供的构造函数和析构函数是空实现。

  • 构造函数:主要作用在于创建对象时为对象的成员属性赋值,构造函数由编译器自动调用,无须手动调用
  • 析构函数:主要作用在于对象销毁前系统自动调用,执行一些清理工作

构造函数语法:类名(){}

  1. 构造函数,没有返回值也不写void
  2. 函数名称与类名相同
  3. 构造函数可以有参数,因此可以发生重载
  4. 程序在调用对象时候会自动调用构造,无须手动调用,而且只会调用一次

析构函数语法: ~类名(){}

  1. 析构函数,没有返回值也不写void
  2. 函数名称与类名相同,在名称前加上符号 ~
  3. 析构函数不可以有参数,因此不可以发生重载
  4. 程序在对象销毁前会自动调用析构,无须手动调用,而且只会调用一次
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class Person
{
public:
//构造函数
Person()
{
cout << "Person的构造函数调用" << endl;
}
//析构函数
~Person()
{
cout << "Person的析构函数调用" << endl;
}

};

void test01()
{
Person p;
}

int main() {

test01();

system("pause");

return 0;
}

构造函数的分类及调用

两种分类方式:

​ 按参数分为: 有参构造和无参构造(默认构造函数)

​ 按类型分为: 普通构造和拷贝构造

三种调用方式:

​ 括号法

​ 显示法

​ 隐式转换法

示例:

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//1、构造函数分类
// 按照参数分类分为 有参和无参构造 无参又称为默认构造函数
// 按照类型分类分为 普通构造和拷贝构造

class Person {
public:
//无参(默认)构造函数
Person() {
cout << "无参构造函数!" << endl;
}
//有参构造函数
Person(int a) {
age = a;
cout << "有参构造函数!" << endl;
}
//拷贝构造函数
Person(const Person& p) {
age = p.age;
cout << "拷贝构造函数!" << endl;
}
//析构函数
~Person() {
cout << "析构函数!" << endl;
}
public:
int age;
};

//2、构造函数的调用
//调用无参构造函数
void test01() {
Person p; //调用无参构造函数
}

//调用有参的构造函数
void test02() {

//2.1 括号法,常用
Person p1(10);
//注意1:调用无参构造函数不能加括号,如果加了编译器认为这是一个函数声明
//Person p2();

//2.2 显式法
Person p2 = Person(10);
Person p3 = Person(p2);
//Person(10)单独写就是匿名对象 当前行结束之后,马上析构

//2.3 隐式转换法
Person p4 = 10; // Person p4 = Person(10);
Person p5 = p4; // Person p5 = Person(p4);

//注意2:不能利用 拷贝构造函数 初始化匿名对象 编译器认为是对象声明
//Person p5(p4);
}

int main() {

test01();
//test02();

system("pause");

return 0;
}

拷贝构造函数调用时机

C++中拷贝构造函数调用时机通常有三种情况

  • 使用一个已经创建完毕的对象来初始化一个新对象
  • 值传递的方式给函数参数传值
  • 以值方式返回局部对象

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class Person {
public:
Person() {
cout << "无参构造函数!" << endl;
mAge = 0;
}
Person(int age) {
cout << "有参构造函数!" << endl;
mAge = age;
}
Person(const Person& p) {
cout << "拷贝构造函数!" << endl;
mAge = p.mAge;
}
//析构函数在释放内存之前调用
~Person() {
cout << "析构函数!" << endl;
}
public:
int mAge;
};

//1. 使用一个已经创建完毕的对象来初始化一个新对象
void test01() {
Person man(100); //p对象已经创建完毕
Person newman(man); //调用拷贝构造函数
Person newman2 = man; //拷贝构造

//Person newman3;
//newman3 = man; //不是调用拷贝构造函数,赋值操作
}

//2. 值传递的方式给函数参数传值
//相当于Person p1 = p;
void doWork(Person p1) {}
void test02() {
Person p; //无参构造函数
doWork(p);
}

//3. 以值方式返回局部对象
Person doWork2()
{
Person p1;
cout << (int *)&p1 << endl;
return p1;
}

void test03()
{
Person p = doWork2();
cout << (int *)&p << endl;
}

int main() {

//test01();
//test02();
test03();
system("pause");
return 0;
}

构造函数调用规则

默认情况下,c++编译器至少给一个类添加3个函数

1.默认构造函数(无参,函数体为空)

2.默认析构函数(无参,函数体为空)

3.默认拷贝构造函数,对属性进行值拷贝

构造函数调用规则如下:

  • 如果用户定义有参构造函数,c++不再提供默认无参构造,但是会提供默认拷贝构造
  • 如果用户定义拷贝构造函数,c++不会再提供其他构造函数

示例:

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class Person {
public:
//无参(默认)构造函数
Person() {
cout << "无参构造函数!" << endl;
}
//有参构造函数
Person(int a) {
age = a;
cout << "有参构造函数!" << endl;
}
//拷贝构造函数
Person(const Person& p) {
age = p.age;
cout << "拷贝构造函数!" << endl;
}
//析构函数
~Person() {
cout << "析构函数!" << endl;
}
public:
int age;
};

void test01()
{
Person p1(18);
//如果不写拷贝构造,编译器会自动添加拷贝构造,并且做浅拷贝操作
Person p2(p1);

cout << "p2的年龄为: " << p2.age << endl;
}

void test02()
{
//如果用户提供有参构造,编译器不会提供默认构造,会提供拷贝构造
Person p1; //此时如果用户自己没有提供默认构造,会出错
Person p2(10); //用户提供的有参
Person p3(p2); //此时如果用户没有提供拷贝构造,编译器会提供

//如果用户提供拷贝构造,编译器不会提供其他构造函数
Person p4; //此时如果用户自己没有提供默认构造,会出错
Person p5(10); //此时如果用户自己没有提供有参,会出错
Person p6(p5); //用户自己提供拷贝构造
}

int main() {
test01();
system("pause");
return 0;
}

深拷贝与浅拷贝

浅拷贝:简单的赋值拷贝操作

深拷贝:在堆区重新申请空间,进行拷贝操作

示例:

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class Person {
public:
//无参(默认)构造函数
Person() {
cout << "无参构造函数!" << endl;
}
//有参构造函数
Person(int age ,int height) {

cout << "有参构造函数!" << endl;

m_age = age;
m_height = new int(height);

}
//拷贝构造函数
Person(const Person& p) {
cout << "拷贝构造函数!" << endl;
//如果不利用深拷贝在堆区创建新内存,会导致浅拷贝带来的重复释放堆区问题
m_age = p.m_age;
m_height = new int(*p.m_height);
}

//析构函数
~Person() {
cout << "析构函数!" << endl;
if (m_height != NULL)
{
delete m_height;
}
}
public:
int m_age;
int* m_height;
};

void test01()
{
Person p1(18, 180);

Person p2(p1);

cout << "p1的年龄: " << p1.m_age << " 身高: " << *p1.m_height << endl;

cout << "p2的年龄: " << p2.m_age << " 身高: " << *p2.m_height << endl;
}

int main() {

test01();

system("pause");

return 0;
}

总结:如果属性有在堆区开辟的,一定要自己提供拷贝构造函数,防止浅拷贝带来的问题

初始化列表

作用:

C++提供了初始化列表语法,用来初始化属性

语法:构造函数():属性1(值1),属性2(值2)... {}

示例:

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class Person {
public:

////传统方式初始化
//Person(int a, int b, int c) {
// m_A = a;
// m_B = b;
// m_C = c;
//}

//初始化列表方式初始化
Person(int a, int b, int c) :m_A(a), m_B(b), m_C(c) {}
void PrintPerson() {
cout << "mA:" << m_A << endl;
cout << "mB:" << m_B << endl;
cout << "mC:" << m_C << endl;
}
private:
int m_A;
int m_B;
int m_C;
};

int main() {
Person p(1, 2, 3);
p.PrintPerson();
system("pause");
return 0;
}

类对象作为类成员

C++类中的成员可以是另一个类的对象,称该成员为 对象成员

例如:

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class A {}
class B
{
A a;
}

B类中有对象A作为成员,A为对象成员

那么当创建B对象时,A与B的构造和析构的顺序是谁先谁后?

示例:

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class Phone
{
public:
Phone(string name)
{
m_PhoneName = name;
cout << "Phone构造" << endl;
}

~Phone()
{
cout << "Phone析构" << endl;
}

string m_PhoneName;

};


class Person
{
public:

//初始化列表可以告诉编译器调用哪一个构造函数
Person(string name, string pName) :m_Name(name), m_Phone(pName)
{
cout << "Person构造" << endl;
}

~Person()
{
cout << "Person析构" << endl;
}

void playGame()
{
cout << m_Name << " 使用" << m_Phone.m_PhoneName << " 牌手机! " << endl;
}

string m_Name;
Phone m_Phone;
};

void test01()
{
//当类中成员是其他类对象时,我们称该成员为 对象成员
//构造的顺序是 :先调用对象成员的构造,再调用本类构造
//析构顺序与构造相反
Person p("张三" , "苹果X");
p.playGame();

}

int main() {
test01();
system("pause");
return 0;
}

静态成员

静态成员就是在成员变量和成员函数前加上关键字static,称为静态成员

静态成员分为:

  • 静态成员变量
    • 所有对象共享同一份数据
    • 在编译阶段分配内存
    • 类内声明,类外初始化
  • 静态成员函数
    • 所有对象共享同一个函数
    • 静态成员函数只能访问静态成员变量

示例1 :静态成员变量

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class Person
{

public:

static int m_A; //静态成员变量

//静态成员变量特点:
//1 在编译阶段分配内存
//2 类内声明,类外初始化
//3 所有对象共享同一份数据

private:
static int m_B; //静态成员变量也是有访问权限的
};
int Person::m_A = 10;
int Person::m_B = 10;

void test01()
{
//静态成员变量两种访问方式

//1、通过对象
Person p1;
p1.m_A = 100;
cout << "p1.m_A = " << p1.m_A << endl;

Person p2;
p2.m_A = 200;
cout << "p1.m_A = " << p1.m_A << endl; //共享同一份数据
cout << "p2.m_A = " << p2.m_A << endl;

//2、通过类名
cout << "m_A = " << Person::m_A << endl;


//cout << "m_B = " << Person::m_B << endl; //私有权限访问不到
}

int main() {

test01();

system("pause");

return 0;
}

示例2:静态成员函数

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class Person
{

public:

//静态成员函数特点:
//1 程序共享一个函数
//2 静态成员函数只能访问静态成员变量

static void func()
{
cout << "func调用" << endl;
m_A = 100;
//m_B = 100; //错误,不可以访问非静态成员变量
}

static int m_A; //静态成员变量
int m_B; //
private:

//静态成员函数也是有访问权限的
static void func2()
{
cout << "func2调用" << endl;
}
};
int Person::m_A = 10;


void test01()
{
//静态成员变量两种访问方式

//1、通过对象
Person p1;
p1.func();

//2、通过类名
Person::func();


//Person::func2(); //私有权限访问不到
}

int main() {

test01();

system("pause");

return 0;
}

C++对象模型和this指针

成员变量和成员函数分开存储

在C++中,类内的成员变量和成员函数分开存储,只有非静态成员变量才属于类的对象上

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class Person {
public:
Person() {
mA = 0;
}
//非静态成员变量占对象空间
int mA;
//静态成员变量不占对象空间
static int mB;
//函数也不占对象空间,所有函数共享一个函数实例
void func() {
cout << "mA:" << this->mA << endl;
}
//静态成员函数也不占对象空间
static void sfunc() {
}
};

int main() {

cout << sizeof(Person) << endl;

system("pause");

return 0;
}

this指针概念

在C++中成员变量和成员函数是分开存储的

每一个非静态成员函数只会诞生一份函数实例,也就是说多个同类型的对象会共用一块代码

那么问题是:这一块代码是如何区分哪个对象调用自己的呢?

c++通过提供特殊的对象指针,this指针,解决上述问题。this指针指向被调用的成员函数所属的对象

this指针是隐含每一个非静态成员函数内的一种指针

this指针不需要定义,直接使用即可

this指针的用途:

  • 形参和成员变量同名时,可用this指针来区分
  • 在类的非静态成员函数中返回对象本身,可使用return *this
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class Person
{
public:
Person(int age)
{
//1、当形参和成员变量同名时,可用this指针来区分
this->age = age;
}
Person& PersonAddPerson(Person p)
{
this->age += p.age;
//返回对象本身
return *this;
}
int age;
};

void test01()
{
Person p1(10);
cout << "p1.age = " << p1.age << endl;

Person p2(10);
p2.PersonAddPerson(p1).PersonAddPerson(p1).PersonAddPerson(p1);
cout << "p2.age = " << p2.age << endl;
}

int main() {
test01();
system("pause");

return 0;
}

空指针访问成员函数

C++中空指针也是可以调用成员函数的,但是也要注意有没有用到this指针

如果用到this指针,需要加以判断保证代码的健壮性

示例:

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//空指针访问成员函数
class Person {
public:
void ShowClassName() {
cout << "我是Person类!" << endl;
}

void ShowPerson() {
if (this == NULL) {
return;
}
cout << mAge << endl;
}
public:
int mAge;
};

void test01()
{
Person * p = NULL;
p->ShowClassName(); //空指针,可以调用成员函数
p->ShowPerson(); //但是如果成员函数中用到了this指针,就不可以了
}

int main() {
test01();
system("pause");
return 0;
}

const修饰成员函数

常函数:

  • 成员函数后加const后我们称为这个函数为常函数
  • 常函数内不可以修改成员属性
  • 成员属性声明时加关键字mutable后,在常函数中依然可以修改

常对象:

  • 声明对象前加const称该对象为常对象
  • 常对象只能调用常函数

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class Person {
public:
Person() {
m_A = 0;
m_B = 0;
}

//this指针的本质是一个指针常量,指针的指向不可修改
//如果想让指针指向的值也不可以修改,需要声明常函数
void ShowPerson() const {
//const Type* const pointer;
//this = NULL; //不能修改指针的指向 Person* const this;
//this->mA = 100; //但是this指针指向的对象的数据是可以修改的

//const修饰成员函数,表示指针指向的内存空间的数据不能修改,除了mutable修饰的变量
this->m_B = 100;
}

void MyFunc() const {
//mA = 10000;
}

public:
int m_A;
mutable int m_B; //可修改 可变的
};


//const修饰对象 常对象
void test01() {

const Person person; //常量对象
cout << person.m_A << endl;
//person.mA = 100; //常对象不能修改成员变量的值,但是可以访问
person.m_B = 100; //但是常对象可以修改mutable修饰成员变量

//常对象访问成员函数
person.MyFunc(); //常对象不能调用const的函数

}

int main() {
test01();
system("pause");
return 0;
}

友元

生活中你的家有客厅(Public),有你的卧室(Private)。客厅所有来的客人都可以进去,但是你的卧室是私有的,也就是说只有你能进去。但是呢,你也可以允许你的好闺蜜好基友进去。

在程序里,有些私有属性也想让类外特殊的一些函数或者类进行访问,就需要用到友元的技术。

友元的目的就是让一个函数或者类 访问另一个类中私有成员。

友元的关键字为 friend

友元的三种实现

  • 全局函数做友元
  • 类做友元
  • 成员函数做友元

全局函数做友元

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class Building
{
//告诉编译器 goodGay全局函数 是 Building类的好朋友,可以访问类中的私有内容
friend void goodGay(Building * building);

public:

Building()
{
this->m_SittingRoom = "客厅";
this->m_BedRoom = "卧室";
}


public:
string m_SittingRoom; //客厅

private:
string m_BedRoom; //卧室
};


void goodGay(Building * building)
{
cout << "好基友正在访问: " << building->m_SittingRoom << endl;
cout << "好基友正在访问: " << building->m_BedRoom << endl;
}


void test01()
{
Building b;
goodGay(&b);
}

int main(){
test01();
system("pause");
return 0;
}

类做友元

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class Building; //必须提前声明
class goodGay
{
public:
goodGay();
void visit();
private:
Building *building;
};

class Building
{
//告诉编译器 goodGay类是Building类的好朋友,可以访问到Building类中私有内容
friend class goodGay;

public:
Building();

public:
string m_SittingRoom; //客厅
private:
string m_BedRoom;//卧室
};

Building::Building()
{
this->m_SittingRoom = "客厅";
this->m_BedRoom = "卧室";
}

goodGay::goodGay()
{
building = new Building;
}

void goodGay::visit()
{
cout << "好基友正在访问" << building->m_SittingRoom << endl;
cout << "好基友正在访问" << building->m_BedRoom << endl;
}

void test01()
{
goodGay gg;
gg.visit();
}

int main(){
test01();

system("pause");
return 0;
}

成员函数做友元

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class Building;
class goodGay
{
public:
goodGay();
void visit(); //只让visit函数作为Building的好朋友,可以访问Building中私有内容
void visit2();

private:
Building *building;
};


class Building
{
//告诉编译器 goodGay类中的visit成员函数 是Building好朋友,可以访问私有内容
friend void goodGay::visit();

public:
Building();

public:
string m_SittingRoom; //客厅
private:
string m_BedRoom;//卧室
};

Building::Building()
{
this->m_SittingRoom = "客厅";
this->m_BedRoom = "卧室";
}

goodGay::goodGay()
{
building = new Building;
}

void goodGay::visit()
{
cout << "好基友正在访问" << building->m_SittingRoom << endl;
cout << "好基友正在访问" << building->m_BedRoom << endl;
}

void goodGay::visit2()
{
cout << "好基友正在访问" << building->m_SittingRoom << endl;
//cout << "好基友正在访问" << building->m_BedRoom << endl;
}

void test01()
{
goodGay gg;
gg.visit();

}

int main(){

test01();

system("pause");
return 0;
}

运算符重载

运算符重载概念:对已有的运算符重新进行定义,赋予其另一种功能,以适应不同的数据类型

加号运算符重载

作用:实现两个自定义数据类型相加的运算

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class Person {
public:
Person() {};
Person(int a, int b)
{
this->m_A = a;
this->m_B = b;
}
//成员函数实现 + 号运算符重载
Person operator+(const Person& p) {
Person temp;
temp.m_A = this->m_A + p.m_A;
temp.m_B = this->m_B + p.m_B;
return temp;
}
public:
int m_A;
int m_B;
};

//全局函数实现 + 号运算符重载
//Person operator+(const Person& p1, const Person& p2) {
// Person temp(0, 0);
// temp.m_A = p1.m_A + p2.m_A;
// temp.m_B = p1.m_B + p2.m_B;
// return temp;
//}

//运算符重载 可以发生函数重载
Person operator+(const Person& p2, int val)
{
Person temp;
temp.m_A = p2.m_A + val;
temp.m_B = p2.m_B + val;
return temp;
}

void test() {
Person p1(10, 10);
Person p2(20, 20);

//成员函数方式
Person p3 = p2 + p1; //相当于 p2.operaor+(p1)
cout << "mA:" << p3.m_A << " mB:" << p3.m_B << endl;

Person p4 = p3 + 10; //相当于 operator+(p3,10)
cout << "mA:" << p4.m_A << " mB:" << p4.m_B << endl;

}

int main() {

test();

system("pause");

return 0;
}

总结1:对于内置的数据类型的表达式的的运算符是不可能改变的

总结2:不要滥用运算符重载

左移运算符重载

作用:可以输出自定义数据类型

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class Person {
friend ostream& operator<<(ostream& out, Person& p);

public:

Person(int a, int b)
{
this->m_A = a;
this->m_B = b;
}

//成员函数 实现不了 p << cout 不是我们想要的效果
//void operator<<(Person& p){
//}

private:
int m_A;
int m_B;
};

//全局函数实现左移重载
//ostream对象只能有一个
ostream& operator<<(ostream& out, Person& p) {
out << "a:" << p.m_A << " b:" << p.m_B;
return out;
}

void test() {
Person p1(10, 20);
cout << p1 << "hello world" << endl; //链式编程
}

int main() {
test();
system("pause");
return 0;
}

总结:重载左移运算符配合友元可以实现输出自定义数据类型

递增运算符重载

作用: 通过重载递增运算符,实现自己的整型数据

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class MyInteger {
friend ostream& operator<<(ostream& out, MyInteger myint);
public:
MyInteger() {
m_Num = 0;
}
//前置++
MyInteger& operator++() {
//先++
m_Num++;
//再返回
return *this;
}

//后置++
MyInteger operator++(int) {
//先返回
MyInteger temp = *this; //记录当前本身的值,然后让本身的值加1,但是返回的是以前的值,达到先返回后++;
m_Num++;
return temp;
}

private:
int m_Num;
};

ostream& operator<<(ostream& out, MyInteger myint) {
out << myint.m_Num;
return out;
}

//前置++ 先++ 再返回
void test01() {
MyInteger myInt;
cout << ++myInt << endl;
cout << myInt << endl;
}

//后置++ 先返回 再++
void test02() {
MyInteger myInt;
cout << myInt++ << endl;
cout << myInt << endl;
}

int main() {
test01();
//test02();
system("pause");
return 0;
}

总结: 前置递增返回引用,后置递增返回值

赋值运算符重载

c++编译器至少给一个类添加4个函数

  1. 默认构造函数(无参,函数体为空)
  2. 默认析构函数(无参,函数体为空)
  3. 默认拷贝构造函数,对属性进行值拷贝
  4. 赋值运算符 operator=, 对属性进行值拷贝

如果类中有属性指向堆区,做赋值操作时也会出现深浅拷贝问题

示例:

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class Person
{
public:

Person(int age)
{
//将年龄数据开辟到堆区
m_Age = new int(age);
}

//重载赋值运算符
Person& operator=(Person &p)
{
if (m_Age != NULL)
{
delete m_Age;
m_Age = NULL;
}
//编译器提供的代码是浅拷贝
//m_Age = p.m_Age;

//提供深拷贝 解决浅拷贝的问题
m_Age = new int(*p.m_Age);

//返回自身
return *this;
}

~Person()
{
if (m_Age != NULL)
{
delete m_Age;
m_Age = NULL;
}
}

//年龄的指针
int *m_Age;

};

void test01()
{
Person p1(18);

Person p2(20);

Person p3(30);

p3 = p2 = p1; //赋值操作

cout << "p1的年龄为:" << *p1.m_Age << endl;

cout << "p2的年龄为:" << *p2.m_Age << endl;

cout << "p3的年龄为:" << *p3.m_Age << endl;
}

int main() {
test01();

//int a = 10;
//int b = 20;
//int c = 30;

//c = b = a;
//cout << "a = " << a << endl;
//cout << "b = " << b << endl;
//cout << "c = " << c << endl;

system("pause");

return 0;
}

关系运算符重载

作用:重载关系运算符,可以让两个自定义类型对象进行对比操作

示例:

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class Person
{
public:
Person(string name, int age)
{
this->m_Name = name;
this->m_Age = age;
};

bool operator==(Person & p)
{
if (this->m_Name == p.m_Name && this->m_Age == p.m_Age)
{
return true;
}
else
{
return false;
}
}

bool operator!=(Person & p)
{
if (this->m_Name == p.m_Name && this->m_Age == p.m_Age)
{
return false;
}
else
{
return true;
}
}

string m_Name;
int m_Age;
};

void test01()
{
//int a = 0;
//int b = 0;

Person a("孙悟空", 18);
Person b("孙悟空", 18);

if (a == b)
{
cout << "a和b相等" << endl;
}
else
{
cout << "a和b不相等" << endl;
}

if (a != b)
{
cout << "a和b不相等" << endl;
}
else
{
cout << "a和b相等" << endl;
}
}


int main() {

test01();

system("pause");

return 0;
}

函数调用运算符重载

  • 函数调用运算符 () 也可以重载
  • 由于重载后使用的方式非常像函数的调用,因此称为仿函数
  • 仿函数没有固定写法,非常灵活

示例:

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class MyPrint
{
public:
void operator()(string text)
{
cout << text << endl;
}

};
void test01()
{
//重载的()操作符 也称为仿函数
MyPrint myFunc;
myFunc("hello world");
}


class MyAdd
{
public:
int operator()(int v1, int v2)
{
return v1 + v2;
}
};

void test02()
{
MyAdd add;
int ret = add(10, 10);
cout << "ret = " << ret << endl;

//匿名对象调用
cout << "MyAdd()(100,100) = " << MyAdd()(100, 100) << endl;
}

int main() {
test01();
test02();
system("pause");
return 0;
}

继承

继承是面向对象三大特性之一

有些类与类之间存在特殊的关系,例如下图中:

类之间的关系

我们发现,定义这些类时,下级别的成员除了拥有上一级的共性,还有自己的特性

这个时候就可以考虑利用继承的技术,减少重复代码

继承的基本语法

例如我们看到很多网站中,都有公共的头部,公共的底部,甚至公共的左侧列表,只有中心内容不同

接下来我们分别利用普通写法和继承的写法来实现网页中的内容,看一下继承存在的意义以及好处

普通实现:

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//Java页面
class Java
{
public:
void header()
{
cout << "首页、公开课、登录、注册...(公共头部)" << endl;
}
void footer()
{
cout << "帮助中心、交流合作、站内地图...(公共底部)" << endl;
}
void left()
{
cout << "Java,Python,C++...(公共分类列表)" << endl;
}
void content()
{
cout << "JAVA学科视频" << endl;
}
};
//Python页面
class Python
{
public:
void header()
{
cout << "首页、公开课、登录、注册...(公共头部)" << endl;
}
void footer()
{
cout << "帮助中心、交流合作、站内地图...(公共底部)" << endl;
}
void left()
{
cout << "Java,Python,C++...(公共分类列表)" << endl;
}
void content()
{
cout << "Python学科视频" << endl;
}
};
//C++页面
class CPP
{
public:
void header()
{
cout << "首页、公开课、登录、注册...(公共头部)" << endl;
}
void footer()
{
cout << "帮助中心、交流合作、站内地图...(公共底部)" << endl;
}
void left()
{
cout << "Java,Python,C++...(公共分类列表)" << endl;
}
void content()
{
cout << "C++学科视频" << endl;
}
};

void test01()
{
//Java页面
cout << "Java下载视频页面如下: " << endl;
Java ja;
ja.header();
ja.footer();
ja.left();
ja.content();
cout << "--------------------" << endl;

//Python页面
cout << "Python下载视频页面如下: " << endl;
Python py;
py.header();
py.footer();
py.left();
py.content();
cout << "--------------------" << endl;

//C++页面
cout << "C++下载视频页面如下: " << endl;
CPP cp;
cp.header();
cp.footer();
cp.left();
cp.content();

}

int main() {

test01();

system("pause");

return 0;
}

继承实现:

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//公共页面
class BasePage
{
public:
void header()
{
cout << "首页、公开课、登录、注册...(公共头部)" << endl;
}

void footer()
{
cout << "帮助中心、交流合作、站内地图...(公共底部)" << endl;
}
void left()
{
cout << "Java,Python,C++...(公共分类列表)" << endl;
}

};

//Java页面
class Java : public BasePage
{
public:
void content()
{
cout << "JAVA学科视频" << endl;
}
};
//Python页面
class Python : public BasePage
{
public:
void content()
{
cout << "Python学科视频" << endl;
}
};
//C++页面
class CPP : public BasePage
{
public:
void content()
{
cout << "C++学科视频" << endl;
}
};

void test01()
{
//Java页面
cout << "Java下载视频页面如下: " << endl;
Java ja;
ja.header();
ja.footer();
ja.left();
ja.content();
cout << "--------------------" << endl;

//Python页面
cout << "Python下载视频页面如下: " << endl;
Python py;
py.header();
py.footer();
py.left();
py.content();
cout << "--------------------" << endl;

//C++页面
cout << "C++下载视频页面如下: " << endl;
CPP cp;
cp.header();
cp.footer();
cp.left();
cp.content();


}

int main() {

test01();

system("pause");

return 0;
}

总结:

继承的好处:可以减少重复的代码

class A : public B;

A 类称为子类 或 派生类

B 类称为父类 或 基类

派生类中的成员,包含两大部分

一类是从基类继承过来的,一类是自己增加的成员。

从基类继承过过来的表现其共性,而新增的成员体现了其个性

继承方式

继承的语法:class 子类 : 继承方式 父类

继承方式一共有三种:

  • 公共继承
  • 保护继承
  • 私有继承

继承方式

示例:

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class Base1
{
public:
int m_A;
protected:
int m_B;
private:
int m_C;
};

//公共继承
class Son1 :public Base1
{
public:
void func()
{
m_A; //可访问 public权限
m_B; //可访问 protected权限
//m_C; //不可访问
}
};

void myClass()
{
Son1 s1;
s1.m_A; //其他类只能访问到公共权限
}

//保护继承
class Base2
{
public:
int m_A;
protected:
int m_B;
private:
int m_C;
};
class Son2:protected Base2
{
public:
void func()
{
m_A; //可访问 protected权限
m_B; //可访问 protected权限
//m_C; //不可访问
}
};
void myClass2()
{
Son2 s;
//s.m_A; //不可访问
}

//私有继承
class Base3
{
public:
int m_A;
protected:
int m_B;
private:
int m_C;
};
class Son3:private Base3
{
public:
void func()
{
m_A; //可访问 private权限
m_B; //可访问 private权限
//m_C; //不可访问
}
};
class GrandSon3 :public Son3
{
public:
void func()
{
//Son3是私有继承,所以继承Son3的属性在GrandSon3中都无法访问到
//m_A;
//m_B;
//m_C;
}
};

继承中的对象模型

问题:从父类继承过来的成员,哪些属于子类对象中?

示例:

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class Base
{
public:
int m_A;
protected:
int m_B;
private:
int m_C; //私有成员只是被隐藏了,但是还是会继承下去
};

//公共继承
class Son :public Base
{
public:
int m_D;
};

void test01()
{
cout << "sizeof Son = " << sizeof(Son) << endl;
}

int main() {

test01();

system("pause");

return 0;
}

内容继承

结论: 父类中私有成员也是被子类继承下去了,只是由编译器给隐藏后访问不到

继承中构造和析构顺序

子类继承父类后,当创建子类对象,也会调用父类的构造函数

问题:父类和子类的构造和析构顺序是谁先谁后?

示例:

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class Base 
{
public:
Base()
{
cout << "Base构造函数!" << endl;
}
~Base()
{
cout << "Base析构函数!" << endl;
}
};

class Son : public Base
{
public:
Son()
{
cout << "Son构造函数!" << endl;
}
~Son()
{
cout << "Son析构函数!" << endl;
}

};


void test01()
{
//继承中 先调用父类构造函数,再调用子类构造函数,析构顺序与构造相反
Son s;
}

int main() {

test01();

system("pause");

return 0;
}

总结:继承中 先调用父类构造函数,再调用子类构造函数,析构顺序与构造相反

继承同名成员处理方式

问题:当子类与父类出现同名的成员,如何通过子类对象,访问到子类或父类中同名的数据呢?

  • 访问子类同名成员 直接访问即可
  • 访问父类同名成员 需要加作用域

示例:

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class Base {
public:
Base()
{
m_A = 100;
}

void func()
{
cout << "Base - func()调用" << endl;
}

void func(int a)
{
cout << "Base - func(int a)调用" << endl;
}

public:
int m_A;
};


class Son : public Base {
public:
Son()
{
m_A = 200;
}

//当子类与父类拥有同名的成员函数,子类会隐藏父类中所有版本的同名成员函数
//如果想访问父类中被隐藏的同名成员函数,需要加父类的作用域
void func()
{
cout << "Son - func()调用" << endl;
}
public:
int m_A;
};

void test01()
{
Son s;

cout << "Son下的m_A = " << s.m_A << endl;
cout << "Base下的m_A = " << s.Base::m_A << endl;

s.func();
s.Base::func();
s.Base::func(10);

}
int main() {

test01();

system("pause");
return EXIT_SUCCESS;
}

总结:

  1. 子类对象可以直接访问到子类中同名成员
  2. 子类对象加作用域可以访问到父类同名成员
  3. 当子类与父类拥有同名的成员函数,子类会隐藏父类中同名成员函数,加作用域可以访问到父类中同名函数

继承同名静态成员处理方式

问题:继承中同名的静态成员在子类对象上如何进行访问?

静态成员和非静态成员出现同名,处理方式一致

  • 访问子类同名成员 直接访问即可
  • 访问父类同名成员 需要加作用域

示例:

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class Base {
public:
static void func()
{
cout << "Base - static void func()" << endl;
}
static void func(int a)
{
cout << "Base - static void func(int a)" << endl;
}

static int m_A;
};

int Base::m_A = 100;

class Son : public Base {
public:
static void func()
{
cout << "Son - static void func()" << endl;
}
static int m_A;
};

int Son::m_A = 200;

//同名成员属性
void test01()
{
//通过对象访问
cout << "通过对象访问: " << endl;
Son s;
cout << "Son 下 m_A = " << s.m_A << endl;
cout << "Base 下 m_A = " << s.Base::m_A << endl;

//通过类名访问
cout << "通过类名访问: " << endl;
cout << "Son 下 m_A = " << Son::m_A << endl;
cout << "Base 下 m_A = " << Son::Base::m_A << endl;
}

//同名成员函数
void test02()
{
//通过对象访问
cout << "通过对象访问: " << endl;
Son s;
s.func();
s.Base::func();

cout << "通过类名访问: " << endl;
Son::func();
Son::Base::func();
//出现同名,子类会隐藏掉父类中所有同名成员函数,需要加作作用域访问
Son::Base::func(100);
}
int main() {

//test01();
test02();

system("pause");

return 0;
}

总结:同名静态成员处理方式和非静态处理方式一样,只不过有两种访问的方式(通过对象 和 通过类名)

多继承语法

C++允许一个类继承多个类

语法:class 子类 :继承方式 父类1 , 继承方式 父类2...

多继承可能会引发父类中有同名成员出现,需要加作用域区分

C++实际开发中不建议用多继承

示例:

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class Base1 {
public:
Base1()
{
m_A = 100;
}
public:
int m_A;
};

class Base2 {
public:
Base2()
{
m_A = 200; //开始是m_B 不会出问题,但是改为mA就会出现不明确
}
public:
int m_A;
};

//语法:class 子类:继承方式 父类1 ,继承方式 父类2
class Son : public Base2, public Base1
{
public:
Son()
{
m_C = 300;
m_D = 400;
}
public:
int m_C;
int m_D;
};


//多继承容易产生成员同名的情况
//通过使用类名作用域可以区分调用哪一个基类的成员
void test01()
{
Son s;
cout << "sizeof Son = " << sizeof(s) << endl;
cout << s.Base1::m_A << endl;
cout << s.Base2::m_A << endl;
}

int main() {

test01();

system("pause");

return 0;
}

总结: 多继承中如果父类中出现了同名情况,子类使用时候要加作用域

菱形继承

菱形继承概念:

​ 两个派生类继承同一个基类

​ 又有某个类同时继承者两个派生类

​ 这种继承被称为菱形继承,或者钻石继承

典型的菱形继承案例:

IMG_256

菱形继承问题:

  1. 羊继承了动物的数据,驼同样继承了动物的数据,当草泥马使用数据时,就会产生二义性。

  2. 草泥马继承自动物的数据继承了两份,其实我们应该清楚,这份数据我们只需要一份就可以。

示例:

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class Animal
{
public:
int m_Age;
};

//继承前加virtual关键字后,变为虚继承
//此时公共的父类Animal称为虚基类
class Sheep : virtual public Animal {};
class Tuo : virtual public Animal {};
class SheepTuo : public Sheep, public Tuo {};

void test01()
{
SheepTuo st;
st.Sheep::m_Age = 100;
st.Tuo::m_Age = 200;

cout << "st.Sheep::m_Age = " << st.Sheep::m_Age << endl;
cout << "st.Tuo::m_Age = " << st.Tuo::m_Age << endl;
cout << "st.m_Age = " << st.m_Age << endl;
}


int main() {

test01();

system("pause");

return 0;
}

总结:

  • 菱形继承带来的主要问题是子类继承两份相同的数据,导致资源浪费以及毫无意义
  • 利用虚继承可以解决菱形继承问题

多态

多态的基本概念

多态是C++面向对象三大特性之一

多态分为两类

  • 静态多态: 函数重载 和 运算符重载属于静态多态,复用函数名
  • 动态多态: 派生类和虚函数实现运行时多态

静态多态和动态多态区别:

  • 静态多态的函数地址早绑定 - 编译阶段确定函数地址
  • 动态多态的函数地址晚绑定 - 运行阶段确定函数地址

下面通过案例进行讲解多态

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class Animal
{
public:
//Speak函数就是虚函数
//函数前面加上virtual关键字,变成虚函数,那么编译器在编译的时候就不能确定函数调用了。
virtual void speak()
{
cout << "动物在说话" << endl;
}
};

class Cat :public Animal
{
public:
void speak()
{
cout << "小猫在说话" << endl;
}
};

class Dog :public Animal
{
public:

void speak()
{
cout << "小狗在说话" << endl;
}

};
//我们希望传入什么对象,那么就调用什么对象的函数
//如果函数地址在编译阶段就能确定,那么静态联编
//如果函数地址在运行阶段才能确定,就是动态联编

void DoSpeak(Animal & animal)
{
animal.speak();
}
//
//多态满足条件:
//1、有继承关系
//2、子类重写父类中的虚函数
//多态使用:
//父类指针或引用指向子类对象

void test01()
{
Cat cat;
DoSpeak(cat);

Dog dog;
DoSpeak(dog);
}


int main() {
test01();
system("pause");
return 0;
}

总结:

多态满足条件

  • 有继承关系
  • 子类重写父类中的虚函数

多态使用条件

  • 父类指针或引用指向子类对象

重写:函数返回值类型 函数名 参数列表 完全一致称为重写

多态案例一-计算器类

案例描述:

分别利用普通写法和多态技术,设计实现两个操作数进行运算的计算器类

多态的优点:

  • 代码组织结构清晰
  • 可读性强
  • 利于前期和后期的扩展以及维护

示例:

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//普通实现
class Calculator {
public:
int getResult(string oper)
{
if (oper == "+") {
return m_Num1 + m_Num2;
}
else if (oper == "-") {
return m_Num1 - m_Num2;
}
else if (oper == "*") {
return m_Num1 * m_Num2;
}
//如果要提供新的运算,需要修改源码
}
public:
int m_Num1;
int m_Num2;
};

void test01()
{
//普通实现测试
Calculator c;
c.m_Num1 = 10;
c.m_Num2 = 10;
cout << c.m_Num1 << " + " << c.m_Num2 << " = " << c.getResult("+") << endl;

cout << c.m_Num1 << " - " << c.m_Num2 << " = " << c.getResult("-") << endl;

cout << c.m_Num1 << " * " << c.m_Num2 << " = " << c.getResult("*") << endl;
}


//多态实现
//抽象计算器类
//多态优点:代码组织结构清晰,可读性强,利于前期和后期的扩展以及维护
class AbstractCalculator
{
public :

virtual int getResult()
{
return 0;
}

int m_Num1;
int m_Num2;
};

//加法计算器
class AddCalculator :public AbstractCalculator
{
public:
int getResult()
{
return m_Num1 + m_Num2;
}
};

//减法计算器
class SubCalculator :public AbstractCalculator
{
public:
int getResult()
{
return m_Num1 - m_Num2;
}
};

//乘法计算器
class MulCalculator :public AbstractCalculator
{
public:
int getResult()
{
return m_Num1 * m_Num2;
}
};

void test02()
{
//创建加法计算器
AbstractCalculator *abc = new AddCalculator;
abc->m_Num1 = 10;
abc->m_Num2 = 10;
cout << abc->m_Num1 << " + " << abc->m_Num2 << " = " << abc->getResult() << endl;
delete abc; //用完了记得销毁

//创建减法计算器
abc = new SubCalculator;
abc->m_Num1 = 10;
abc->m_Num2 = 10;
cout << abc->m_Num1 << " - " << abc->m_Num2 << " = " << abc->getResult() << endl;
delete abc;

//创建乘法计算器
abc = new MulCalculator;
abc->m_Num1 = 10;
abc->m_Num2 = 10;
cout << abc->m_Num1 << " * " << abc->m_Num2 << " = " << abc->getResult() << endl;
delete abc;
}

int main() {

//test01();

test02();

system("pause");

return 0;
}

总结:C++开发提倡利用多态设计程序架构,因为多态优点很多

纯虚函数和抽象类

在多态中,通常父类中虚函数的实现是毫无意义的,主要都是调用子类重写的内容,因此可以将虚函数改为纯虚函数

纯虚函数语法:virtual 返回值类型 函数名 (参数列表)= 0 ;

当类中有了纯虚函数,这个类也称为抽象类

抽象类特点

  • 无法实例化对象
  • 子类必须重写抽象类中的纯虚函数,否则也属于抽象类

示例:

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class Base
{
public:
//纯虚函数
//类中只要有一个纯虚函数就称为抽象类
//抽象类无法实例化对象
//子类必须重写父类中的纯虚函数,否则也属于抽象类
virtual void func() = 0;
};

class Son :public Base
{
public:
virtual void func()
{
cout << "func调用" << endl;
};
};

void test01()
{
Base * base = NULL;
//base = new Base; // 错误,抽象类无法实例化对象
base = new Son;
base->func();
delete base;//记得销毁
}

int main() {

test01();

system("pause");

return 0;
}

多态案例二-制作饮品

案例描述:

制作饮品的大致流程为:煮水 - 冲泡 - 倒入杯中 - 加入辅料

利用多态技术实现本案例,提供抽象制作饮品基类,提供子类制作咖啡和茶叶

示例:

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//抽象制作饮品
class AbstractDrinking {
public:
//烧水
virtual void Boil() = 0;
//冲泡
virtual void Brew() = 0;
//倒入杯中
virtual void PourInCup() = 0;
//加入辅料
virtual void PutSomething() = 0;
//规定流程
void MakeDrink() {
Boil();
Brew();
PourInCup();
PutSomething();
}
};

//制作咖啡
class Coffee : public AbstractDrinking {
public:
//烧水
virtual void Boil() {
cout << "煮农夫山泉!" << endl;
}
//冲泡
virtual void Brew() {
cout << "冲泡咖啡!" << endl;
}
//倒入杯中
virtual void PourInCup() {
cout << "将咖啡倒入杯中!" << endl;
}
//加入辅料
virtual void PutSomething() {
cout << "加入牛奶!" << endl;
}
};

//制作茶水
class Tea : public AbstractDrinking {
public:
//烧水
virtual void Boil() {
cout << "煮自来水!" << endl;
}
//冲泡
virtual void Brew() {
cout << "冲泡茶叶!" << endl;
}
//倒入杯中
virtual void PourInCup() {
cout << "将茶水倒入杯中!" << endl;
}
//加入辅料
virtual void PutSomething() {
cout << "加入枸杞!" << endl;
}
};

//业务函数
void DoWork(AbstractDrinking* drink) {
drink->MakeDrink();
delete drink;
}

void test01() {
DoWork(new Coffee);
cout << "--------------" << endl;
DoWork(new Tea);
}


int main() {

test01();

system("pause");

return 0;
}

虚析构和纯虚析构

多态使用时,如果子类中有属性开辟到堆区,那么父类指针在释放时无法调用到子类的析构代码。

解决方式:将父类中的析构函数改为虚析构或者纯虚析构

虚析构和纯虚析构共性:

  • 可以解决父类指针释放子类对象
  • 都需要有具体的函数实现

虚析构和纯虚析构区别:

  • 如果是纯虚析构,该类属于抽象类,无法实例化对象

虚析构语法:

virtual ~类名(){}

纯虚析构语法:

virtual ~类名() = 0;

类名::~类名(){}

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class Animal {
public:

Animal()
{
cout << "Animal 构造函数调用!" << endl;
}
virtual void Speak() = 0;

//析构函数加上virtual关键字,变成虚析构函数
//virtual ~Animal()
//{
// cout << "Animal虚析构函数调用!" << endl;
//}

virtual ~Animal() = 0;
};

Animal::~Animal()
{
cout << "Animal 纯虚析构函数调用!" << endl;
}

//和包含普通纯虚函数的类一样,包含了纯虚析构函数的类也是一个抽象类。不能够被实例化。
class Cat : public Animal {
public:
Cat(string name)
{
cout << "Cat构造函数调用!" << endl;
m_Name = new string(name);
}
virtual void Speak()
{
cout << *m_Name << "小猫在说话!" << endl;
}
~Cat()
{
cout << "Cat析构函数调用!" << endl;
if (this->m_Name != NULL) {
delete m_Name;
m_Name = NULL;
}
}

public:
string *m_Name;
};

void test01()
{
Animal *animal = new Cat("Tom");
animal->Speak();

//通过父类指针去释放,会导致子类对象可能清理不干净,造成内存泄漏
//怎么解决?给基类增加一个虚析构函数
//虚析构函数就是用来解决通过父类指针释放子类对象
delete animal;
}

int main() {

test01();

system("pause");

return 0;
}

总结:

​ 1. 虚析构或纯虚析构就是用来解决通过父类指针释放子类对象

​ 2. 如果子类中没有堆区数据,可以不写为虚析构或纯虚析构

​ 3. 拥有纯虚析构函数的类也属于抽象类

多态案例三-电脑组装

案例描述:

电脑主要组成部件为 CPU(用于计算),显卡(用于显示),内存条(用于存储)

将每个零件封装出抽象基类,并且提供不同的厂商生产不同的零件,例如Intel厂商和Lenovo厂商

创建电脑类提供让电脑工作的函数,并且调用每个零件工作的接口

测试时组装三台不同的电脑进行工作

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#include<iostream>
using namespace std;

//抽象CPU类
class CPU
{
public:
//抽象的计算函数
virtual void calculate() = 0;
};

//抽象显卡类
class VideoCard
{
public:
//抽象的显示函数
virtual void display() = 0;
};

//抽象内存条类
class Memory
{
public:
//抽象的存储函数
virtual void storage() = 0;
};

//电脑类
class Computer
{
public:
Computer(CPU * cpu, VideoCard * vc, Memory * mem)
{
m_cpu = cpu;
m_vc = vc;
m_mem = mem;
}

//提供工作的函数
void work()
{
//让零件工作起来,调用接口
m_cpu->calculate();

m_vc->display();

m_mem->storage();
}

//提供析构函数 释放3个电脑零件
~Computer()
{

//释放CPU零件
if (m_cpu != NULL)
{
delete m_cpu;
m_cpu = NULL;
}

//释放显卡零件
if (m_vc != NULL)
{
delete m_vc;
m_vc = NULL;
}

//释放内存条零件
if (m_mem != NULL)
{
delete m_mem;
m_mem = NULL;
}
}

private:
CPU * m_cpu; //CPU的零件指针
VideoCard * m_vc; //显卡零件指针
Memory * m_mem; //内存条零件指针
};

//具体厂商
//Intel厂商
class IntelCPU :public CPU
{
public:
virtual void calculate()
{
cout << "Intel的CPU开始计算了!" << endl;
}
};

class IntelVideoCard :public VideoCard
{
public:
virtual void display()
{
cout << "Intel的显卡开始显示了!" << endl;
}
};

class IntelMemory :public Memory
{
public:
virtual void storage()
{
cout << "Intel的内存条开始存储了!" << endl;
}
};

//Lenovo厂商
class LenovoCPU :public CPU
{
public:
virtual void calculate()
{
cout << "Lenovo的CPU开始计算了!" << endl;
}
};

class LenovoVideoCard :public VideoCard
{
public:
virtual void display()
{
cout << "Lenovo的显卡开始显示了!" << endl;
}
};

class LenovoMemory :public Memory
{
public:
virtual void storage()
{
cout << "Lenovo的内存条开始存储了!" << endl;
}
};


void test01()
{
//第一台电脑零件
CPU * intelCpu = new IntelCPU;
VideoCard * intelCard = new IntelVideoCard;
Memory * intelMem = new IntelMemory;

cout << "第一台电脑开始工作:" << endl;
//创建第一台电脑
Computer * computer1 = new Computer(intelCpu, intelCard, intelMem);
computer1->work();
delete computer1;

cout << "-----------------------" << endl;
cout << "第二台电脑开始工作:" << endl;
//第二台电脑组装
Computer * computer2 = new Computer(new LenovoCPU, new LenovoVideoCard, new LenovoMemory);;
computer2->work();
delete computer2;

cout << "-----------------------" << endl;
cout << "第三台电脑开始工作:" << endl;
//第三台电脑组装
Computer * computer3 = new Computer(new LenovoCPU, new IntelVideoCard, new LenovoMemory);;
computer3->work();
delete computer3;

}

文件操作

程序运行时产生的数据都属于临时数据,程序一旦运行结束都会被释放

通过文件可以将数据持久化

C++中对文件操作需要包含头文 fstream

文件类型分为两种:

  1. 文本文件 - 文件以文本的ASCII码形式存储在计算机中
  2. 二进制文件 - 文件以文本的二进制形式存储在计算机中,用户一般不能直接读懂它们

操作文件的三大类:

  1. ofstream:写操作
  2. ifstream: 读操作
  3. fstream : 读写操作

文本文件

写文件

写文件步骤如下:

  1. 包含头文件

    #include

  2. 创建流对象

    ofstream ofs;

  3. 打开文件

    ofs.open(“文件路径”,打开方式);

  4. 写数据

    ofs << “写入的数据”;

  5. 关闭文件

    ofs.close();

文件打开方式:

打开方式 解释
ios::in 为读文件而打开文件
ios::out 为写文件而打开文件
ios::ate 初始位置:文件尾
ios::app 追加方式写文件
ios::trunc 如果文件存在先删除,再创建
ios::binary 二进制方式

注意: 文件打开方式可以配合使用,利用|操作符

例如:用二进制方式写文件 ios::binary | ios:: out

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#include <fstream>

void test01()
{
ofstream ofs;
ofs.open("test.txt", ios::out);

ofs << "姓名:张三" << endl;
ofs << "性别:男" << endl;
ofs << "年龄:18" << endl;

ofs.close();
}

int main() {

test01();

system("pause");

return 0;
}

总结:

  • 文件操作必须包含头文件 fstream
  • 读文件可以利用 ofstream ,或者fstream类
  • 打开文件时候需要指定操作文件的路径,以及打开方式
  • 利用<<可以向文件中写数据
  • 操作完毕,要关闭文件

读文件

读文件与写文件步骤相似,但是读取方式相对于比较多

读文件步骤如下:

  1. 包含头文件

    #include

  2. 创建流对象

    ifstream ifs;

  3. 打开文件并判断文件是否打开成功

    ifs.open(“文件路径”,打开方式);

  4. 读数据

    四种方式读取

  5. 关闭文件

    ifs.close();

示例:

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#include <fstream>
#include <string>
void test01()
{
ifstream ifs;
ifs.open("test.txt", ios::in);

if (!ifs.is_open())
{
cout << "文件打开失败" << endl;
return;
}

//第一种方式
//char buf[1024] = { 0 };
//while (ifs >> buf)
//{
// cout << buf << endl;
//}

//第二种
//char buf[1024] = { 0 };
//while (ifs.getline(buf,sizeof(buf)))
//{
// cout << buf << endl;
//}

//第三种
//string buf;
//while (getline(ifs, buf))
//{
// cout << buf << endl;
//}

char c;
while ((c = ifs.get()) != EOF)
{
cout << c;
}

ifs.close();


}

int main() {

test01();

system("pause");

return 0;
}

总结:

  • 读文件可以利用 ifstream ,或者fstream类
  • 利用is_open函数可以判断文件是否打开成功
  • close 关闭文件

二进制文件

以二进制的方式对文件进行读写操作

打开方式要指定为 ios::binary

写文件

二进制方式写文件主要利用流对象调用成员函数write

函数原型 :ostream& write(const char * buffer,int len);

参数解释:字符指针buffer指向内存中一段存储空间。len是读写的字节数

示例:

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#include <fstream>
#include <string>

class Person
{
public:
char m_Name[64];
int m_Age;
};

//二进制文件 写文件
void test01()
{
//1、包含头文件

//2、创建输出流对象
ofstream ofs("person.txt", ios::out | ios::binary);

//3、打开文件
//ofs.open("person.txt", ios::out | ios::binary);

Person p = {"张三" , 18};

//4、写文件
ofs.write((const char *)&p, sizeof(p));

//5、关闭文件
ofs.close();
}

int main() {

test01();

system("pause");

return 0;
}

总结:

  • 文件输出流对象 可以通过write函数,以二进制方式写数据

读文件

二进制方式读文件主要利用流对象调用成员函数read

函数原型:istream& read(char *buffer,int len);

参数解释:字符指针buffer指向内存中一段存储空间。len是读写的字节数

示例:

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#include <fstream>
#include <string>

class Person
{
public:
char m_Name[64];
int m_Age;
};

void test01()
{
ifstream ifs("person.txt", ios::in | ios::binary);
if (!ifs.is_open())
{
cout << "文件打开失败" << endl;
}

Person p;
ifs.read((char *)&p, sizeof(p));

cout << "姓名: " << p.m_Name << " 年龄: " << p.m_Age << endl;
}

int main() {

test01();

system("pause");

return 0;
}
  • 文件输入流对象 可以通过read函数,以二进制方式读数据

TCP可靠传输保障

TCP 通过序列号、确认应答、重发控制、连接管理以及窗口控制等机制实现可靠性传输。

重传机制

在 TCP 中,当发送端的数据到达接收主机时,接收端主机会返回一个确认应答消息,表示已收到消息。但在错综复杂的网络,并不一定能顺利、正常的传输数据,万一数据在传输过程中丢失(也即出现TCP数据包丢失),此时可用重传机制解决:

  • 超时重传
  • 快速重传
  • SACK
  • D-SACK

超时重传

重传机制的其中一个方式,就是在发送数据时,设定一个定时器,当超过指定的时间后,没有收到对方的 ACK 确认应答报文,就会重发该数据,也就是我们常说的超时重传

TCP 会在以下两种情况发生超时重传:

  • 数据包丢失
  • 确认应答丢失
超时时间的设置

RTT:数据从网络一端传送到另一端所需的时间,也就是包的往返时间。超时重传时间以 RTO (Retransmission Timeout 超时重传时间)表示。

两种超时时间不同的情况:

  • 当超时时间 RTO 较大时,网络的空隙时间增大,重发就慢,丢了很长时间才重发,没有效率,性能差;
  • 当超时时间 RTO 较小时,会导致可能并没有丢就重发从而造成不必要的重传,虽然重发的快,但会增加网络拥塞,导致更多的超时,更多的超时导致更多的重发。

超时重传时间 RTO 的值应该略大于报文往返 RTT 的值。但报文往返 RTT 的值是经常变化的,因为网络也是时常变化的。也就因为报文往返 RTT 的值 是经常波动变化的,所以超时重传时间 RTO 的值应该是一个动态变化的值

linux下RTO的计算

估计往返时间,通常需要采样以下两个:

  • 需要 TCP 通过采样 RTT 的时间,然后进行加权平均,算出一个平滑 RTT 的值,而且这个值还是要不断变化的,因为网络状况不断地变化。
  • 除了采样 RTT,还要采样 RTT 的波动范围,这样就避免如果 RTT 有一个大的波动的话,很难被发现的情况。

如果超时重发的数据,再次超时又需要重传的时候,TCP 的策略是超时间隔加倍。也就是每当遇到一次超时重传的时候,都会将下一次超时时间间隔设为先前值的两倍。两次超时,就说明网络环境差,不宜频繁反复发送。

快速重传

超时触发重传存在的问题是,超时周期可能相对较长。TCP 还有另外一种快速重传(Fast Retransmit)机制,它不以时间为驱动,而是以数据驱动重传

快速重传

在上图,发送方发出了 1,2,3,4,5 份数据:

  • 第一份 Seq1 先送到了,于是就 Ack 回 2;
  • 结果 Seq2 因为某些原因没收到,Seq3 到达了,于是还是 Ack 回 2;
  • 后面的 Seq4 和 Seq5 都到了,但还是 Ack 回 2,因为 Seq2 还是没有收到;
  • 发送端收到了三个 Ack = 2 的确认,知道了 Seq2 还没有收到,就会在定时器过期之前,重传丢失的 Seq2。
  • 最后,接收到收到了 Seq2,此时因为 Seq3,Seq4,Seq5 都收到了,于是 Ack 回 6 。

所以,快速重传的工作方式是当收到三个相同的 ACK 报文时,会在定时器过期之前,重传丢失的报文段。

快速重传机制只解决了一个问题,就是超时时间的问题,但是它依然面临着另外一个问题。就是重传的时候,是重传之前的一个,还是重传所有的问题。

比如对于上面的例子,是重传 Seq2 呢?还是重传 Seq2、Seq3、Seq4、Seq5 呢?因为发送端并不清楚这连续的三个 Ack 2 是谁传回来的。

根据 TCP 不同的实现,以上两种情况都是有可能的。可见,这是一把双刃剑。

SACK方法

为了解决不知道该重传哪些 TCP 报文,于是就有 SACK Selective Acknowledgment 选择性确认) 方法。

这种方式需要在 TCP 头部选项字段里加一个 SACK 的东西,它可以将缓存的数据区间发送给发送方,这样发送方就可以知道哪些数据收到了,哪些数据没收到,知道了这些信息,就可以只重传丢失的数据

如下图,发送方收到了三次同样的 ACK 确认报文,于是就会触发快速重发机制,通过 SACK 信息发现只有 200~299 这段数据丢失,则重发时,就只选择了这个 TCP 段进行重复。

选择性确认

如果要支持 SACK,必须双方都要支持。在 Linux 下,可以通过 net.ipv4.tcp_sack 参数打开这个功能(Linux 2.4 后默认打开)。

Duplicate SACK

Duplicate SACK 又称 D-SACK,其主要使用了 SACK 来告诉发送方有哪些数据被重复接收了。下面举例两个例子,来说明 D-SACK 的作用。

例子1: ACK丢包

 ACK丢包

  • 接收方发给发送方的两个 ACK 确认应答都丢失了,所以发送方超时后,重传第一个数据包(3000 ~ 3499)
  • 于是接收方发现数据是重复收到的,于是回了一个 SACK = 3000~3500,告诉发送方3000~3500 的数据早已被接收了,因为 ACK 都到了 4000 了,已经意味着 4000 之前的所有数据都已收到,所以这个 SACK 就代表着 D-SACK
  • 这样发送方就知道了,数据没有丢,是接收方的 ACK 确认报文丢了。

例子二:网络延时

网络延时

  • 数据包(1000~1499) 被网络延迟,导致发送方没有收到 Ack 1500 的确认报文。
  • 而后面报文到达的三个相同的 ACK 确认报文,就触发了快速重传机制,但是在重传后,被延迟的数据包(1000~1499)又到了接收方;
  • 所以接收方回了一个 SACK=1000~1500,因为 ACK 已经到了 3000,所以这个 SACK 是 D-SACK,表示收到了重复的包。
  • 这样发送方就知道快速重传触发的原因不是发出去的包丢了,也不是因为回应的 ACK 包丢了,而是因为网络延迟了。

可见,D-SACK 有这么几个好处:

  1. 可以让发送方知道,是发出去的包丢了,还是接收方回应的 ACK 包丢了;
  2. 可以知道是不是发送方的数据包被网络延迟了;
  3. 可以知道网络中是不是把发送方的数据包给复制了;

在 Linux 下可以通过 net.ipv4.tcp_dsack 参数开启/关闭这个功能(Linux 2.4 后默认打开)。

滑动窗口

TCP 是每发送一个数据,都要进行一次确认应答。当上一个数据包收到了应答了, 再发送下一个。但这样的传输方式有一个缺点:数据包的往返时间越长,通信的效率就越低

为解决这个问题,TCP 引入了窗口这个概念。即使在往返时间较长的情况下,它也不会降低网络通信的效率。有了窗口,就可以指定窗口大小,窗口大小就是指无需等待确认应答,而可以继续发送数据的最大值

窗口的实现实际上是操作系统开辟的一个缓存空间发送方主机在等到确认应答返回之前,必须在缓冲区中保留已发送的数据。如果按期收到确认应答,此时数据就可以从缓存区清除。

假设窗口大小为 3 个 TCP 段,那么发送方就可以连续发送 3 个 TCP 段,并且中途若有 ACK 丢失,可以通过下一个确认应答进行确认。如下图:

滑动窗口方式并行处理

图中的 ACK 600 确认应答报文丢失,也没关系,因为可以通话下一个确认应答进行确认,只要发送方收到了 ACK 700 确认应答,就意味着 700 之前的所有数据接收方都收到了。这个模式就叫累计确认或者累计应答

窗口大小的决定方

TCP 头里有一个字段叫 Window,也就是窗口大小。这个字段是接收端告诉发送端自己还有多少缓冲区可以接收数据。于是发送端就可以根据这个接收端的处理能力来发送数据,而不会导致接收端处理不过来。

所以,通常窗口的大小是由接收方的决定的。发送方发送的数据大小不能超过接收方的窗口大小,否则接收方就无法正常接收到数据。

发送方的滑动窗口

参考

https://mp.weixin.qq.com/s/Tc09ovdNacOtnMOMeRc_uA