C++标准模板库（STL）中的**算法（Algorithms）**是用于操作容器元素的一组通用函数。它们提供了广泛的功能，包括排序、搜索、修改、计算等。STL的算法设计以迭代器为核心，使得它们能够应用于几乎任何容器类型，从而实现了容器与算法的分离。
1. 算法的分类
STL 中的算法大致可以分为以下几类：
- 非修改算法：不改变容器中的元素。
- 修改算法：会修改容器中的元素。
- 排序算法：对容器中的元素进行排序。
- 排序相关算法：与排序相关但不直接排序的算法。
- 数值算法：专门用于数值计算的算法。
2. 非修改算法
非修改算法不会改变容器中元素的内容。这类算法通常用于搜索、计数、查找最值等操作。
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for_each：对范围内的每个元素执行给定的操作。std::vector<int> vec = { 1, 2, 3}; std::for_each(vec.begin(), vec.end(), [](int &n) { n *= 2; }); -
find：在范围内查找与指定值匹配的第一个元素。auto it = std::find(vec.begin(), vec.end(), 2); -
count：计算范围内满足特定条件的元素个数。int count = std::count(vec.begin(), vec.end(), 2); -
all_of/any_of/none_of：检查范围内的元素是否全部、任意或没有满足特定条件。bool all_positive = std::all_of(vec.begin(), vec.end(), [](int n) { return n > 0; }); -
equal：判断两个范围内的元素是否相等。bool is_equal = std::equal(vec.begin(), vec.end(), vec2.begin());
3. 修改算法
修改算法会改变容器中元素的内容，如拷贝、移动、替换、移除等操作。
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copy：将一个范围内的元素复制到另一个范围中。std::vector<int> vec2(3); std::copy(vec.begin(), vec.end(), vec2.begin()); -
move：将一个范围内的元素移动到另一个范围中（不复制，而是“移动”资源）。std::vector<int> vec2 = std::move(vec); -
swap：交换两个容器的内容。std::swap(vec, vec2); -
replace：将范围内满足特定条件的元素替换为新值。std::replace(vec.begin(), vec.end(), 2, 4); -
remove：移除范围内满足特定条件的元素，注意该算法并不改变容器的大小。auto it = std::remove(vec.begin(), vec.end(), 2); vec.erase(it, vec.end()); // 实际移除元素
4. 排序算法
STL提供了多种排序算法，用于对容器内的元素进行排序。
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sort：对范围内的元素进行升序排序。std::sort(vec.begin(), vec.end()); -
partial_sort：部分排序，将范围的前n个元素按顺序排列，其余部分无序。std::partial_sort(vec.begin(), vec.begin() + 3, vec.end()); -
nth_element：重排范围内的元素，使得第n个元素处于它在排序后的正确位置。std::nth_element(vec.begin(), vec.begin() + 2, vec.end()); -
stable_sort：稳定排序算法，排序后相等元素的相对顺序保持不变。std::stable_sort(vec.begin(), vec.end());
5. 排序相关算法
这些算法与排序密切相关，但不直接进行排序。
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binary_search：在已排序范围内查找元素，返回是否找到。bool found = std::binary_search(vec.begin(), vec.end(), 3); -
lower_bound/upper_bound：在已排序范围内，查找第一个不小于/大于指定值的位置。auto lb = std::lower_bound(vec.begin(), vec.end(), 3); auto ub = std::upper_bound(vec.begin(), vec.end(), 3); -
equal_range：在已排序范围内查找与指定值相等的元素范围。auto range = std::equal_range(vec.begin(), vec.end(), 3); -
merge：将两个已排序的范围合并为一个新的已排序范围。std::vector<int> merged(vec.size() + vec2.size()); std::merge(vec.begin(), vec.end(), vec2.begin(), vec2.end(), merged.begin());
6. 数值算法
这些算法用于数值计算，主要包含在 <numeric> 头文件中。
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accumulate：计算范围内元素的累积和。int sum = std::accumulate(vec.begin(), vec.end(), 0); -
inner_product：计算两个范围内元素的内积。int product = std::inner_product(vec.begin(), vec.end(), vec2.begin(), 0); -
adjacent_difference：计算相邻元素的差，并将结果保存到一个新范围。std::vector<int> diff(vec.size()); std::adjacent_difference(vec.begin(), vec.end(), diff.begin()); -
partial_sum：计算前缀和，并将结果保存到一个新范围。std::vector<int> sum(vec.size()); std::partial_sum(vec.begin(), vec.end(), sum.begin());
7. 其它常见算法
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max_element/min_element：查找范围内的最大值或最小值。auto max_it = std::max_element(vec.begin(), vec.end()); auto min_it = std::min_element(vec.begin(), vec.end()); -
unique：删除范围内相邻的重复元素。auto it = std::unique(vec.begin(), vec.end()); vec.erase(it, vec.end()); -
reverse：反转范围内的元素。std::reverse(vec.begin(), vec.end()); -
rotate：将范围内的元素旋转，使第一个元素成为新范围的第一个元素。std::rotate(vec.begin(), vec.begin() + 1, vec.end()); -
next_permutation/prev_permutation：生成范围内元素的下一个/上一个排列。std::next_permutation(vec.begin(), vec.end());
8. STL 算法与迭代器的关系
STL 中的算法大多以迭代器为参数，而非直接操作容器。这种设计使得算法具有极强的泛型性，可以应用于任何支持迭代器的容器。
例如，std::sort 接受两个随机访问迭代器作为参数，这意味着它可以对 std::vector、std::deque 等容器进行排序，因为这些容器的迭代器支持随机访问。
9. 总结
C++ STL 中的算法提供了强大而灵活的工具集，涵盖了各种常见的操作需求。掌握这些算法的使用技巧不仅可以提高代码的效率，还能增强代码的可读性和维护性。通过理解算法的分类和各自的功能，可以更加有效地利用 STL 来解决复杂的编程问题。
关键点总结：
- 泛型性：STL算法可以与任何支持迭代器的容器配合使用。
- 效率：大多数算法都是高效实现的，如
std::sort是一种快速排序的实现。 - 灵活性：通过组合不同的算法和迭代器，几乎可以完成所有常见的数据操作需求。