C++11 新特性：新增算法

C++11 在标准库中引入了一系列新的算法，这些新增的算法使我们的代码写起来更简洁方便。

下面是 C++11 中新增加的一些重要算法的简要描述和使用方法：

1、非修改序列操作

• std::all_of：检查范围内的所有元素是否都满足指定的谓词。
• std::any_of：检查范围内是否存在满足指定谓词的元素。
• std::none_of：检查范围内是否没有元素满足指定的谓词。
• std::find_if_not：在范围内查找不满足指定谓词的第一个元素，这个算法和已经存在的 std::find_if 是相反的。

代码示例

以下的示例代码用来演示使用上面这些算法检查容器中元素的属性。

#include <iostream>
#include <vector>
#include <algorithm>int main() {// 初始化一个整数向量std::vector<int> numbers = {2, 4, 6, 8, 10, 12};// 检查所有元素是否都是偶数bool allEven = std::all_of(numbers.begin(), numbers.end(), [](int x) {return x % 2 == 0;});std::cout << "All elements are even: " << std::boolalpha << allEven << std::endl;// 检查是否存在大于10的元素bool anyGreaterThanTen = std::any_of(numbers.begin(), numbers.end(), [](int x) {return x > 10;});std::cout << "Any element greater than 10: " << anyGreaterThanTen << std::endl;// 检查是否没有元素小于0bool noneLessThanZero = std::none_of(numbers.begin(), numbers.end(), [](int x) {return x < 0;});std::cout << "No elements less than 0: " << noneLessThanZero << std::endl;// 查找第一个不是偶数的元素auto it = std::find_if_not(numbers.begin(), numbers.end(), [](int x) {return x % 2 == 0;});if (it != numbers.end()) {std::cout << "First element not even: " << *it << std::endl;} else {std::cout << "All elements are even" << std::endl;}return 0;
}

输出：

All elements are even: true
Any element greater than 10: true
No elements less than 0: true
All elements are even

2、修改序列操作

• std::copy_if：复制满足指定条件的元素到另一个容器。
• std::move：将元素从一个容器移动到另一个容器（move），而非拷贝（copy）。
• std::move_backward：类似std::move，但是从范围的末尾开始操作，适合某些特定的容器操作。

代码示例

#include <iostream>
#include <vector>
#include <algorithm>int main() {std::vector<int> numbers = {1, 6, 3, 8, 5, 7, 2, 9};std::vector<int> copied;std::vector<int> moved(8); // 预分配空间以便使用std::move_backward// 1. 使用std::copy_if复制所有大于5的元素std::copy_if(numbers.begin(), numbers.end(), std::back_inserter(copied), [](int n) { return n > 5; });std::cout << "Copied elements: ";for (auto n : copied) std::cout << n << " ";std::cout << "\n";// 2. 使用std::move将numbers的元素移动到另一个向量std::vector<int> movedNumbers(std::make_move_iterator(numbers.begin()), std::make_move_iterator(numbers.end()));std::cout << "Moved elements: ";for (auto n : movedNumbers) std::cout << n << " ";std::cout << "\nOriginal vector (now empty elements): ";for (auto n : numbers) std::cout << n << " "; // 注意：numbers的元素现在处于未定义状态std::cout << "\n";// 3. 使用 std::move_backward，移动前 6 个元素std::move_backward(movedNumbers.begin(), std::next(movedNumbers.begin(), 6), moved.end());std::cout << "Elements after move_backward: ";for (auto n : moved) std::cout << n << " ";std::cout << "\n";return 0;
}

输出：

Copied elements: 6 8 7 9 
Moved elements: 1 6 3 8 5 7 2 9 
Original vector (now empty elements): 1 6 3 8 5 7 2 9 
Elements after move_backward: 0 0 1 6 3 8 5 7 

注意第 2 步操作，我们使用 make_move_iterator 创建两个 move_iterator，如果使用下面这个语句：

std::vector<int> copiedNumbers(numbers.begin(), numbers.end());

将不会使用移动方式，而是将数值拷贝到 copiedNumbers。

3、排序和相关操作

• std::is_partitioned：检查给定范围是否被分割成两个满足特定条件的子序列。
• std::partition_copy：根据谓词将元素分割并复制到两个不同的容器。
• std::partition_point：找到分割序列的分界点。

代码示例

#include <iostream>
#include <vector>
#include <algorithm>
#include <iterator>int main() {std::vector<int> numbers = {1, 9, 3, 8, 5, 7, 2, 6};// 先对向量进行分区std::partition(numbers.begin(), numbers.end(), [](int n) { return n > 5; });std::cout << "Partitioned: ";for(auto n : numbers) std::cout << n << " ";std::cout << std::endl;// 检查是否已分区bool partitioned = std::is_partitioned(numbers.begin(), numbers.end(), [](int n) { return n > 5; });std::cout << "Is partitioned: " << std::boolalpha << partitioned << "\n";std::vector<int> less_than_6, greater_than_5;// 复制分区元素std::partition_copy(numbers.begin(), numbers.end(), std::back_inserter(greater_than_5), std::back_inserter(less_than_6),[](int n) { return n > 5; });std::cout << "Elements greater than 5: ";for (auto n : greater_than_5) std::cout << n << " ";std::cout << "\nElements not greater than 5: ";for (auto n : less_than_6) std::cout << n << " ";std::cout << "\n";// 查找分区点auto partitionPoint = std::partition_point(numbers.begin(), numbers.end(), [](int n) { return n > 5; });std::cout << "Partition point at: " << *partitionPoint << "\n";return 0;
}

输出：

Partitioned: 6 9 7 8 5 3 2 1 
Is partitioned: true
Elements greater than 5: 6 9 7 8 
Elements not greater than 5: 5 3 2 1 
Partition point at: 5

4、数值操作

• std::iota：在给定范围内填充递增序列，从而生成有序序列。

代码示例

std::iota定义在<numeric>头文件中。

#include <iostream>
#include <vector>
#include <numeric> // 包含 std::iotaint main() {std::vector<int> numbers(10); // 创建一个大小为10的vector// 使用std::iota填充numbers，使其元素从0开始递增std::iota(numbers.begin(), numbers.end(), 0);// 输出填充后的vectorstd::cout << "The vector contains: ";for(int n : numbers) {std::cout << n << " ";}std::cout << std::endl;// 用std::iota生成另一个序列，此时起始值为10std::iota(numbers.begin(), numbers.end(), 10);// 输出新的序列std::cout << "After reassigning, the vector contains: ";for(int n : numbers) {std::cout << n << " ";}std::cout << std::endl;return 0;
}

输出：

The vector contains: 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 
After reassigning, the vector contains: 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 

5、堆操作

• std::is_heap：检查给定范围是否形成一个堆。
• std::is_heap_until：找到给定范围中不满足堆性质的第一个位置。
• std::make_heap、std::push_heap、std::pop_heap、std::sort_heap：虽然这些函数在 C++11 之前就存在，但 C++11 对它们进行了优化和改进，提高了与新特性的兼容性。

#include <iostream>
#include <vector>
#include <algorithm>int main() {// 初始化一个未排序的整数向量std::vector<int> numbers = {4, 1, 3, 5, 2, 9, 7, 8, 6};// 使用std::make_heap将向量转换为最大堆std::make_heap(numbers.begin(), numbers.end());std::cout << "After make_heap, numbers: ";for(int n : numbers) {std::cout << n << " ";}std::cout << std::endl;// 检查是否为堆bool isHeap = std::is_heap(numbers.begin(), numbers.end());std::cout << "Is the vector a heap? " << std::boolalpha << isHeap << std::endl;// 向堆中添加新元素numbers.push_back(10);std::push_heap(numbers.begin(), numbers.end()); // 重新调整为堆std::cout << "After push_heap, numbers: ";for(int n : numbers) {std::cout << n << " ";}std::cout << std::endl;// 从堆中移除根元素std::pop_heap(numbers.begin(), numbers.end()); // 将最大元素移至末尾numbers.pop_back(); // 实际移除元素std::cout << "After pop_heap, numbers: ";for(int n : numbers) {std::cout << n << " ";}std::cout << std::endl;// 对堆进行排序std::sort_heap(numbers.begin(), numbers.end());std::cout << "After sort_heap, numbers: ";for(int n : numbers) {std::cout << n << " ";}std::cout << std::endl;// 使用std::is_heap_until找到不是堆的第一个位置auto heapEnd = std::is_heap_until(numbers.begin(), numbers.end());std::cout << "The range is a heap until element: ";std::cout << (heapEnd - numbers.begin()) << std::endl;return 0;
}

输出：

After make_heap, numbers: 9 8 7 6 2 3 4 5 1 
Is the vector a heap? true
After push_heap, numbers: 10 9 7 6 8 3 4 5 1 2 
After pop_heap, numbers: 9 8 7 6 2 3 4 5 1 
After sort_heap, numbers: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 
The range is a heap until element: 1

6、最小/最大操作

• std::minmax：同时返回给定值中的最小值和最大值。
• std::minmax_element：返回给定范围中的最小元素和最大元素的迭代器。

代码示例

#include <iostream>
#include <algorithm>
#include <vector>int main() {// 使用std::minmax对一组值进行操作auto result = std::minmax({1, 3, 5, 7, 9, 2, 4, 6, 8, 0});std::cout << "The min value is: " << result.first << std::endl;std::cout << "The max value is: " << result.second << std::endl;// 使用std::minmax_element对容器中的元素进行操作std::vector<int> numbers = {1, 3, 5, 7, 9, 2, 4, 6, 8, 0};auto minmaxPair = std::minmax_element(numbers.begin(), numbers.end());if (minmaxPair.first != numbers.end() && minmaxPair.second != numbers.end()) {std::cout << "The smallest element in the vector is: " << *minmaxPair.first << std::endl;std::cout << "The largest element in the vector is: " << *minmaxPair.second << std::endl;}return 0;
}

输出将显示：

The min value is: 0
The max value is: 9
The smallest element in the vector is: 0
The largest element in the vector is: 9

总结

这些新增的算法增强了 C++ 的标准库，为开发者提供了更多的工具来编写高效和简洁的代码。

通过利用这些算法，可以减少手写的代码量，同时也可以保证代码的性能和可读性。