STL算法之set集合算法
最后更新于：2022-04-01 15:51:25
### 前言
本节介绍set集合的相关算法，分别是并集set_union，差集set_difference，交集set_intersection
和对称差集set_symmetric_difference，这是个函数都提供了两个版本的函数原型：第一个版本是采用默认的排序比较方式operator<；第二个版本是用户通过仿函数comp自行指定排序方式。注意：这四个算法接受的输入区间都是有序的，输出也是有序的。下面对set算法进行剖析，具体注释详见源码，同时给出例子说明该算法的功能。本文源码摘自SGI STL中的<stl_algo.h>文件。
### set算法源码剖析
~~~
/*
下面是计算set集合的相关算法，分别是并集set_union，差集set_difference，交集set_intersection
和对称差集set_symmetric_difference，这是个函数都提供了两个版本的函数原型
第一个版本是采用默认的排序比较方式 operator<
第二个版本是用户通过comp自行指定排序方式
注意：这四个算法接受的输入区间都是有序的，输出也是有序的
*/
// Set algorithms: includes, set_union, set_intersection, set_difference,
// set_symmetric_difference. All of these algorithms have the precondition
// that their input ranges are sorted and the postcondition that their output
// ranges are sorted.
// 判断[first1, last1)是否包含[first2, last2),
// 注意: 两个区间要保证有序,默认排序方式是operator<，若要自行定义排序方式，则调用第二版本;
template <class _InputIter1, class _InputIter2>
bool includes(_InputIter1 __first1, _InputIter1 __last1,
_InputIter2 __first2, _InputIter2 __last2) {
__STL_REQUIRES(_InputIter1, _InputIterator);
__STL_REQUIRES(_InputIter2, _InputIterator);
__STL_REQUIRES_SAME_TYPE(
typename iterator_traits<_InputIter1>::value_type,
typename iterator_traits<_InputIter2>::value_type);
__STL_REQUIRES(typename iterator_traits<_InputIter1>::value_type,
_LessThanComparable);
while (__first1 != __last1 && __first2 != __last2)//遍历两个区间
if (*__first2 < *__first1)//first2小于first1表示不包含
return false;//返回FALSE
else if(*__first1 < *__first2)//若first1小于first2
++__first1;//寻找第一个区间下一个位置
else
++__first1, ++__first2;//若first2等于first1,遍历两区间的下一位置
return __first2 == __last2;//若第二个区间先到达尾端，则返回TRUE
}
//版本二：用户通过comp自行指定排序方式
template <class _InputIter1, class _InputIter2, class _Compare>
bool includes(_InputIter1 __first1, _InputIter1 __last1,
_InputIter2 __first2, _InputIter2 __last2, _Compare __comp) {
__STL_REQUIRES(_InputIter1, _InputIterator);
__STL_REQUIRES(_InputIter2, _InputIterator);
__STL_REQUIRES_SAME_TYPE(
typename iterator_traits<_InputIter1>::value_type,
typename iterator_traits<_InputIter2>::value_type);
__STL_BINARY_FUNCTION_CHECK(_Compare, bool,
typename iterator_traits<_InputIter1>::value_type,
typename iterator_traits<_InputIter2>::value_type);
while (__first1 != __last1 && __first2 != __last2)
if (__comp(*__first2, *__first1))
return false;
else if(__comp(*__first1, *__first2))
++__first1;
else
++__first1, ++__first2;
return __first2 == __last2;
}
//两个集合区间的并集，同样也有两个版本
//求存在于[first1, last1)或存在于[first2, last2)内的所有元素
//注意：输入区间必须是已排序
/*
default (1) :默认是operator<操作的排序方式
template <class InputIterator1, class InputIterator2, class OutputIterator>
OutputIterator set_union (InputIterator1 first1, InputIterator1 last1,
InputIterator2 first2, InputIterator2 last2,
OutputIterator result);
custom (2) :用户指定的排序方式
template <class InputIterator1, class InputIterator2,
class OutputIterator, class Compare>
OutputIterator set_union (InputIterator1 first1, InputIterator1 last1,
InputIterator2 first2, InputIterator2 last2,
OutputIterator result, Compare comp);
*/
//版本一：默认是operator<操作的排序方式
template <class _InputIter1, class _InputIter2, class _OutputIter>
_OutputIter set_union(_InputIter1 __first1, _InputIter1 __last1,
_InputIter2 __first2, _InputIter2 __last2,
_OutputIter __result) {
__STL_REQUIRES(_InputIter1, _InputIterator);
__STL_REQUIRES(_InputIter2, _InputIterator);
__STL_REQUIRES(_OutputIter, _OutputIterator);
__STL_REQUIRES_SAME_TYPE(
typename iterator_traits<_InputIter1>::value_type,
typename iterator_traits<_InputIter2>::value_type);
__STL_REQUIRES(typename iterator_traits<_InputIter1>::value_type,
_LessThanComparable);
//两个区间都尚未到达区间尾端，执行以下操作
while (__first1 != __last1 && __first2 != __last2) {
/*
在两区间内分别移动迭代器，首先将元素较小者(假设为A区)记录在目标区result
移动A区迭代器使其前进；同时另一个区的迭代器不变。然后进行一次新的比较，
记录较小值，移动迭代器...直到两区间中有一个到达尾端。若两区间存在元素相等，
默认记录第一区间的元素到目标区result.
*/
if (*__first1 < *__first2) {//first1小于first2
*__result = *__first1;//则result初始值为first1
++__first1;//继续第一个区间的下一个元素位置
}
else if (*__first2 < *__first1) {//first2小于first1
*__result = *__first2;//第二区间元素值记录到目标区
++__first2;//移动第二区间的迭代器
}
else {//若两区间存在相等的元素，把第一区间元素记录到目标区
//同时移动两个区间的迭代器
*__result = *__first1;
++__first1;
++__first2;
}
++__result;//更新目标区位置，以备进入下一次记录操作操作
}
/*
只要两区间之中有一个区间到达尾端，就结束上面的while循环
以下将尚未到达尾端的区间剩余的元素拷贝到目标区
此刻，[first1, last1)和[first2, last2)至少有一个是空区间
*/
return copy(__first2, __last2, copy(__first1, __last1, __result));
}
//版本二：用户根据仿函数comp指定排序规则
template <class _InputIter1, class _InputIter2, class _OutputIter,
class _Compare>
_OutputIter set_union(_InputIter1 __first1, _InputIter1 __last1,
_InputIter2 __first2, _InputIter2 __last2,
_OutputIter __result, _Compare __comp) {
__STL_REQUIRES(_InputIter1, _InputIterator);
__STL_REQUIRES(_InputIter2, _InputIterator);
__STL_REQUIRES(_OutputIter, _OutputIterator);
__STL_REQUIRES_SAME_TYPE(
typename iterator_traits<_InputIter1>::value_type,
typename iterator_traits<_InputIter2>::value_type);
__STL_BINARY_FUNCTION_CHECK(_Compare, bool,
typename iterator_traits<_InputIter1>::value_type,
typename iterator_traits<_InputIter2>::value_type);
while (__first1 != __last1 && __first2 != __last2) {
if (__comp(*__first1, *__first2)) {
*__result = *__first1;
++__first1;
}
else if (__comp(*__first2, *__first1)) {
*__result = *__first2;
++__first2;
}
else {
*__result = *__first1;
++__first1;
++__first2;
}
++__result;
}
return copy(__first2, __last2, copy(__first1, __last1, __result));
}
/*例子:
#include <iostream> // std::cout
#include <algorithm> // std::set_union, std::sort
#include <vector> // std::vector
int main () {
int first[] = {5,10,15,20,25};
int second[] = {50,40,30,20,10};
std::vector<int> v(10); // 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
std::vector<int>::iterator it;
std::sort (first,first+5); // 5 10 15 20 25
std::sort (second,second+5); // 10 20 30 40 50
it=std::set_union (first, first+5, second, second+5, v.begin());
// 5 10 15 20 25 30 40 50 0 0
v.resize(it-v.begin()); // 5 10 15 20 25 30 40 50
std::cout << "The union has " << (v.size()) << " elements:\n";
for (it=v.begin(); it!=v.end(); ++it)
std::cout << ' ' << *it;
std::cout << '\n';
return 0;
}
Output:
The union has 8 elements:
5 10 15 20 25 30 40 50
*/
//两个集合区间的交集，同样也有两个版本
//求存在于[first1, last1)且存在于[first2, last2)内的所有元素
//注意：输入区间必须是已排序，输出区间的每个元素的相对排序和第一个区间相对排序相同
/*
default (1) :默认是operator<操作的排序方式
template <class InputIterator1, class InputIterator2, class OutputIterator>
OutputIterator set_intersection (InputIterator1 first1, InputIterator1 last1,
InputIterator2 first2, InputIterator2 last2,
OutputIterator result);
custom (2) :用户指定的排序方式
template <class InputIterator1, class InputIterator2,
class OutputIterator, class Compare>
OutputIterator set_intersection (InputIterator1 first1, InputIterator1 last1,
InputIterator2 first2, InputIterator2 last2,
OutputIterator result, Compare comp);
*/
//版本一：默认是operator<操作的排序方式
template <class _InputIter1, class _InputIter2, class _OutputIter>
_OutputIter set_intersection(_InputIter1 __first1, _InputIter1 __last1,
_InputIter2 __first2, _InputIter2 __last2,
_OutputIter __result) {
__STL_REQUIRES(_InputIter1, _InputIterator);
__STL_REQUIRES(_InputIter2, _InputIterator);
__STL_REQUIRES(_OutputIter, _OutputIterator);
__STL_REQUIRES_SAME_TYPE(
typename iterator_traits<_InputIter1>::value_type,
typename iterator_traits<_InputIter2>::value_type);
__STL_REQUIRES(typename iterator_traits<_InputIter1>::value_type,
_LessThanComparable);
//若两个区间都尚未到达尾端，则执行以下操作
while (__first1 != __last1 && __first2 != __last2)
//在两个区间分别移动迭代器，直到遇到相等元素，记录到目标区
//继续移动迭代器...直到两区间之中有到达尾端
if (*__first1 < *__first2) //第一个区间元素小于第二区间元素
++__first1;//移动第一区间的迭代器，此时第二区间的迭代器不变
else if (*__first2 < *__first1) //第二区间的元素小于第一区间元素
++__first2;//移动第二区间元素，此时第一区间的迭代器不变
else {//若第一区间元素等于第二区间元素
*__result = *__first1;//按第一区间的相对排序记录到目标区
//分别移动两区间的迭代器
++__first1;
++__first2;
//更新目标区迭代器，以便继续记录元素
++__result;
}
//若有区间到达尾部，则停止while循环
//此时，返回目标区
return __result;
}
//版本二：用户根据仿函数comp指定排序规则
template <class _InputIter1, class _InputIter2, class _OutputIter,
class _Compare>
_OutputIter set_intersection(_InputIter1 __first1, _InputIter1 __last1,
_InputIter2 __first2, _InputIter2 __last2,
_OutputIter __result, _Compare __comp) {
__STL_REQUIRES(_InputIter1, _InputIterator);
__STL_REQUIRES(_InputIter2, _InputIterator);
__STL_REQUIRES(_OutputIter, _OutputIterator);
__STL_REQUIRES_SAME_TYPE(
typename iterator_traits<_InputIter1>::value_type,
typename iterator_traits<_InputIter2>::value_type);
__STL_BINARY_FUNCTION_CHECK(_Compare, bool,
typename iterator_traits<_InputIter1>::value_type,
typename iterator_traits<_InputIter2>::value_type);
while (__first1 != __last1 && __first2 != __last2)
if (__comp(*__first1, *__first2))
++__first1;
else if (__comp(*__first2, *__first1))
++__first2;
else {
*__result = *__first1;
++__first1;
++__first2;
++__result;
}
return __result;
}
/*例子：
#include <iostream> // std::cout
#include <algorithm> // std::set_intersection, std::sort
#include <vector> // std::vector
int main () {
int first[] = {5,10,15,20,25};
int second[] = {50,40,30,20,10};
std::vector<int> v(10); // 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
std::vector<int>::iterator it;
std::sort (first,first+5); // 5 10 15 20 25
std::sort (second,second+5); // 10 20 30 40 50
it=std::set_intersection (first, first+5, second, second+5, v.begin());
// 10 20 0 0 0 0 0 0 0 0
v.resize(it-v.begin()); // 10 20
std::cout << "The intersection has " << (v.size()) << " elements:\n";
for (it=v.begin(); it!=v.end(); ++it)
std::cout << ' ' << *it;
std::cout << '\n';
return 0;
}
Output:
The intersection has 2 elements:
10 20
*/
//两个集合区间的差集，同样也有两个版本
//求存在于[first1, last1)但不存在于[first2, last2)内的所有元素
//注意：输入区间必须是已排序，输出区间的每个元素的相对排序和第一个区间相对排序相同
/*
default (1) :默认是operator<操作的排序方式
template <class InputIterator1, class InputIterator2, class OutputIterator>
OutputIterator set_difference (InputIterator1 first1, InputIterator1 last1,
InputIterator2 first2, InputIterator2 last2,
OutputIterator result);
custom (2) :用户指定的排序方式
template <class InputIterator1, class InputIterator2,
class OutputIterator, class Compare>
OutputIterator set_difference (InputIterator1 first1, InputIterator1 last1,
InputIterator2 first2, InputIterator2 last2,
OutputIterator result, Compare comp);
*/
//版本一：默认是operator<操作的排序方式
template <class _InputIter1, class _InputIter2, class _OutputIter>
_OutputIter set_difference(_InputIter1 __first1, _InputIter1 __last1,
_InputIter2 __first2, _InputIter2 __last2,
_OutputIter __result) {
__STL_REQUIRES(_InputIter1, _InputIterator);
__STL_REQUIRES(_InputIter2, _InputIterator);
__STL_REQUIRES(_OutputIter, _OutputIterator);
__STL_REQUIRES_SAME_TYPE(
typename iterator_traits<_InputIter1>::value_type,
typename iterator_traits<_InputIter2>::value_type);
__STL_REQUIRES(typename iterator_traits<_InputIter1>::value_type,
_LessThanComparable);
//若两个区间都尚未到达尾端，则执行以下操作
while (__first1 != __last1 && __first2 != __last2)
/*
在两个区间分别移动迭代器，当第一区间元素等于第二区间元素时，表示两区间共同存在该元素
则同时移动迭代器；
当第一区间元素大于第二区间元素时，就让第二区间迭代器前进；
第一区间元素小于第二区间元素时，把第一区间元素记录到目标区
继续移动迭代器...直到两区间之中有到达尾端
*/
if (*__first1 < *__first2) {//第一区间元素小于第二区间元素
*__result = *__first1;//把第一区间元素记录到目标区
++__first1;//移动第一区间迭代器
++__result;//跟新目标区，以便继续记录数据
}
else if (*__first2 < *__first1)//当第一区间的元素大于第二区间的元素
++__first2;//移动第二区间迭代器,注意：这里不记录任何元素
else {//若两区间的元素相等时,同时移动两区间的迭代器
++__first1;
++__first2;
}
//若第二区间先到达尾端，则把第一区间剩余的元素复制到目标区
return copy(__first1, __last1, __result);
}
//版本二：用户根据仿函数comp指定排序规则
template <class _InputIter1, class _InputIter2, class _OutputIter,
class _Compare>
_OutputIter set_difference(_InputIter1 __first1, _InputIter1 __last1,
_InputIter2 __first2, _InputIter2 __last2,
_OutputIter __result, _Compare __comp) {
__STL_REQUIRES(_InputIter1, _InputIterator);
__STL_REQUIRES(_InputIter2, _InputIterator);
__STL_REQUIRES(_OutputIter, _OutputIterator);
__STL_REQUIRES_SAME_TYPE(
typename iterator_traits<_InputIter1>::value_type,
typename iterator_traits<_InputIter2>::value_type);
__STL_BINARY_FUNCTION_CHECK(_Compare, bool,
typename iterator_traits<_InputIter1>::value_type,
typename iterator_traits<_InputIter2>::value_type);
while (__first1 != __last1 && __first2 != __last2)
if (__comp(*__first1, *__first2)) {
*__result = *__first1;
++__first1;
++__result;
}
else if (__comp(*__first2, *__first1))
++__first2;
else {
++__first1;
++__first2;
}
return copy(__first1, __last1, __result);
}
/*例子：
#include <iostream> // std::cout
#include <algorithm> // std::set_difference, std::sort
#include <vector> // std::vector
int main () {
int first[] = {5,10,15,20,25};
int second[] = {50,40,30,20,10};
std::vector<int> v(10); // 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
std::vector<int>::iterator it;
std::sort (first,first+5); // 5 10 15 20 25
std::sort (second,second+5); // 10 20 30 40 50
it=std::set_difference (first, first+5, second, second+5, v.begin());
// 5 15 25 0 0 0 0 0 0 0
v.resize(it-v.begin()); // 5 15 25
std::cout << "The difference has " << (v.size()) << " elements:\n";
for (it=v.begin(); it!=v.end(); ++it)
std::cout << ' ' << *it;
std::cout << '\n';
return 0;
}
Output：
The difference has 3 elements:
5 15 25
*/
//两个集合区间的对称差集，同样也有两个版本
//求存在于[first1, last1)但不存在于[first2, last2)内的所有元素以及出现在[first2, last2)但不出现在[first1, last1)
//注意：输入区间必须是已排序
/*
default (1) :默认是operator<操作的排序方式
template <class InputIterator1, class InputIterator2, class OutputIterator>
OutputIterator set_symmetric_difference (InputIterator1 first1, InputIterator1 last1,
InputIterator2 first2, InputIterator2 last2,
OutputIterator result);
custom (2) :用户指定的排序方式
template <class InputIterator1, class InputIterator2,
class OutputIterator, class Compare>
OutputIterator set_symmetric_difference (InputIterator1 first1, InputIterator1 last1,
InputIterator2 first2, InputIterator2 last2,
OutputIterator result, Compare comp);
*/
//版本一：默认是operator<操作的排序方式
template <class _InputIter1, class _InputIter2, class _OutputIter>
_OutputIter
set_symmetric_difference(_InputIter1 __first1, _InputIter1 __last1,
_InputIter2 __first2, _InputIter2 __last2,
_OutputIter __result) {
__STL_REQUIRES(_InputIter1, _InputIterator);
__STL_REQUIRES(_InputIter2, _InputIterator);
__STL_REQUIRES(_OutputIter, _OutputIterator);
__STL_REQUIRES_SAME_TYPE(
typename iterator_traits<_InputIter1>::value_type,
typename iterator_traits<_InputIter2>::value_type);
__STL_REQUIRES(typename iterator_traits<_InputIter1>::value_type,
_LessThanComparable);
//若两个区间都尚未到达尾端，则执行下面的操作
while (__first1 != __last1 && __first2 != __last2)
/*
情况1：若两区间元素相等，则同时移动两区间的迭代器.
情况2：若第一区间的元素小于第二区间元素，则把第一区间元素记录到目标区，且移动第一区间迭代器.
情况3：若第一区间的元素大于第二区间元素，则把第二区间元素记录到目标区，且移动第二区间迭代器.
*/
if (*__first1 < *__first2) {//属于情况2
*__result = *__first1;//把第一区间元素记录到目标区
++__first1;//移动第一区间迭代器.此时第二区间迭代器不变
++__result;
}
else if (*__first2 < *__first1) {//属于情况3
*__result = *__first2;//把第二区间元素记录到目标区
++__first2;//移动第二区间迭代器.此时第一区间迭代器不变
++__result;
}
else {//属于情况1
//同时移动两区间的迭代器
++__first1;
++__first2;
}
/*
只要两区间之中有一个区间到达尾端，就结束上面的while循环
以下将尚未到达尾端的区间剩余的元素拷贝到目标区
此刻，[first1, last1)和[first2, last2)至少有一个是空区间
*/
return copy(__first2, __last2, copy(__first1, __last1, __result));
}
//版本二：用户根据仿函数comp指定排序规则
template <class _InputIter1, class _InputIter2, class _OutputIter,
class _Compare>
_OutputIter
set_symmetric_difference(_InputIter1 __first1, _InputIter1 __last1,
_InputIter2 __first2, _InputIter2 __last2,
_OutputIter __result,
_Compare __comp) {
__STL_REQUIRES(_InputIter1, _InputIterator);
__STL_REQUIRES(_InputIter2, _InputIterator);
__STL_REQUIRES(_OutputIter, _OutputIterator);
__STL_REQUIRES_SAME_TYPE(
typename iterator_traits<_InputIter1>::value_type,
typename iterator_traits<_InputIter2>::value_type);
__STL_BINARY_FUNCTION_CHECK(_Compare, bool,
typename iterator_traits<_InputIter1>::value_type,
typename iterator_traits<_InputIter2>::value_type);
while (__first1 != __last1 && __first2 != __last2)
if (__comp(*__first1, *__first2)) {
*__result = *__first1;
++__first1;
++__result;
}
else if (__comp(*__first2, *__first1)) {
*__result = *__first2;
++__first2;
++__result;
}
else {
++__first1;
++__first2;
}
return copy(__first2, __last2, copy(__first1, __last1, __result));
}
/*例子：
#include <iostream> // std::cout
#include <algorithm> // std::set_symmetric_difference, std::sort
#include <vector> // std::vector
int main () {
int first[] = {5,10,15,20,25};
int second[] = {50,40,30,20,10};
std::vector<int> v(10); // 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
std::vector<int>::iterator it;
std::sort (first,first+5); // 5 10 15 20 25
std::sort (second,second+5); // 10 20 30 40 50
it=std::set_symmetric_difference (first, first+5, second, second+5, v.begin());
// 5 15 25 30 40 50 0 0 0 0
v.resize(it-v.begin()); // 5 15 25 30 40 50
std::cout << "The symmetric difference has " << (v.size()) << " elements:\n";
for (it=v.begin(); it!=v.end(); ++it)
std::cout << ' ' << *it;
std::cout << '\n';
return 0;
}
Output：
The symmetric difference has 6 elements:
5 15 25 30 40 50
*/
~~~
参考资料：
《STL源码剖析》侯捷