本篇所有算法源码均已同步收录 GitHub 仓库，欢迎点个小⭐️：https://github.com/rongweihe/CPPNotes/tree/master/STL-source-code-notes

STL 算法博大精深，涵盖范围之广，其算法之大观，细节之深入，泛型思维之于字里行间，每每阅读都会有不同的收获。

STL 将很多常见的逻辑都封装为现成的算法，熟悉这些算法的使用和实现很多时候可以大大简化编程。

并且在需要的时候能够对 STL 进行扩展，将自定义的容器和算法融入到 STL 中。

侯捷大师在书中说到：深入源码之前，先观察每一个算法的表现和大观，是一个比较好的学习方式。

不多 BB，先上思维导图：

基本算法

在 STL 标准规格中，并没有区分基本算法或复杂算法，然而 SGI 却把常用的一些算法定义于之中，其它算法定义于中。

常见的基本算法有 equal、fill、fill_n、iter_swap、lexicographical_compare、max、min、mismatch、swap、copy、copy_backward 等。

质变算法和非质变算法

所有的 STL 算法归根到底，都可以分为两类。

所谓“质变算法”是指作用在由迭代器[first,last]所标示出来的区间，上运算过程中会更改区间内的元素内容：

比如拷贝(copy)、互换(swap)、替换(replace)、填写(fill)、删除(remove)、排列组合(permutation)、分割(partition)。随机重排(random shuffling)、排序(sort)等算法，都属于这一类。

而非质变算法是指在运算过程中不会更改区间内的元素内容。比如查找(find)，匹配(search)、计数（count）、遍历(for_each)、比较(equal_mismatch)、寻找极值(max,min)等算法。

输入参数

所有泛型算法的前两个参数都是一对迭代器，通过称为 first，last 用来标示算法的操作区间。

每一个 STL 算法的声明，都表现出它所需要的最低程度的迭代器类型。

比如 find() 需要一个 inputiterator ，这是它的最低要求，但同时也可以接受更高类型的迭代器。

如 Forwarditerator、Bidirectionaliterator 或 RandomAcessIterator。

因为，前者都可以看做是一个 inputiterator，而如果你给 find() 传入一个 Outputiterator，会导致错误。

将无效的迭代器传给某个算法，虽然是一种错误，但不保证能够在编译器期间就被捕捉出来。

因为所谓“迭代器类型”并不是真实的型别，它们只是function template的一种型别参数。

许多 STL 算法不仅支持一个版本，往往第一个版本算法会采用默认的行为，另一个版本会提供额外的参数，接受一个仿函数，以便采取其它的策略。

例如 unique() 默认情况下会使用 equality 操作符来比较两个相邻元素，但如果这些元素的型别并没有提供，那么便可以传递一个自定义的函数（或者叫仿函数）。

知道了这一点，对于想要深入研究源码的小伙伴们会更好理解一些。

算法的泛型化

将一个表述完整的算法转化为程序代码，是一个合格程序员的基本功。

如何将算法独立于其所处理的数据结构之外，不受数据的牵绊，使得设计的算法在即将处理的未知的数据结构上（也许是 array，也许是 vector，也许是 list，也许是 deque）上，正确地实现所有操作呢？

这就需要进一步思考：关键在于只要把操作对象的型别加以抽象化，把操作对象的标示法和区间目标的移动行为抽象化，整个算法也就在一个抽象层面上工作了。

这个过程就叫做算法的泛型化，简称泛化。

比如在 STL 源码剖析这本书里举了一个 find 的例子，如果一步步改成 template + 迭代器的形式，来说明了泛化的含义。

下面我们就来看看 STL 那些牛批的算法，限于篇幅，算法的代码没有贴出。

具体源码细节可以去开头的 GitHub 仓库里研究，还有注释哦。

构成头文件功能

算法函数数值算法函数对象/仿函数分类No.分类说明
1非质变算法Non-modifying sequence operations不直接修改容器内容的算法2质变算法Modifying sequence operations可以修改容器内容的算法3排序算法Sorting/Partitions/Binary search/对序列排序、合并、搜索算法操作4数值算法Merge/Heap/Min/max对容器内容进行数值计算填充函数作用fill(beg,end,val)将值val赋给[beg,end)范围内的所有元素fill_n(beg,n,val)将值val赋给[beg,beg+n)范围内的所有元素generate(beg,end,func)连续调用函数func填充[beg,end)范围内的所有元素generate_n(beg,n,func)连续调用函数func填充[beg,beg+n)范围内的所有元素

• fill()/fill_n()用于填充相同值，generate()/generate_n()用于填充不同值。

遍历/变换函数作用for_each(beg,end,func)将[beg,end)范围内所有元素依次调用函数func，返回func。不修改序列中的元素transform(beg,end,res,func)将[beg,end)范围内所有元素依次调用函数func，结果放入res中transform(beg2,end1,beg2,res,binary)将[beg,end)范围内所有元素与[beg2,beg2+end-beg)中所有元素依次调用函数binnary，结果放入res中最大最小函数作用max(a,b)返回两个元素中较大一个max(a,b,cmp)使用自定义比较操作cmp,返回两个元素中较大一个max_element(beg,end)返回一个ForwardIterator，指出[beg,end)中最大的元素max_element(beg,end,cmp)使用自定义比较操作cmp,返回一个ForwardIterator，指出[beg,end)中最大的元素min(a,b)返回两个元素中较小一个min(a,b,cmp)使用自定义比较操作cmp,返回两个元素中较小一个min_element(beg,end)返回一个ForwardIterator，指出[beg,end)中最小的元素min_element(beg,end,cmp)使用自定义比较操作cmp,返回一个ForwardIterator，指出[beg,end)中最小的元素排序算法(12个)：元素排序策略函数作用sort(beg,end)默认升序重新排列元素sort(beg,end,comp)使用函数comp代替比较操作符执行sort()partition(beg,end,pred)元素重新排序，使用pred函数，把结果为true的元素放在结果为false的元素之前stable_sort(beg,end)与sort()类似，保留相等元素之间的顺序关系stable_sort(beg,end,pred)使用函数pred代替比较操作符执行stable_sort()stable_partition(beg,end)与partition()类似，保留容器中的相对顺序stable_partition(beg,end,pred)使用函数pred代替比较操作符执行stable_partition()partial_sort(beg,mid,end)部分排序，被排序元素个数放到[beg,end)内partial_sort(beg,mid,end,comp)使用函数comp代替比较操作符执行partial_sort()partial_sort_copy(beg1,end1,beg2,end2)与partial_sort()类似，只是将[beg1,end1)排序的序列复制到[beg2,end2)partial_sort_copy(beg1,end1,beg2,end2,comp)使用函数comp代替比较操作符执行partial_sort_copy()nth_element(beg,nth,end)单个元素序列重新排序，使所有小于第n个元素的元素都出现在它前面，而大于它的都出现在后面nth_element(beg,nth,end,comp)使用函数comp代替比较操作符执行nth_element()反转/旋转函数作用reverse(beg,end)元素重新反序排序reverse_copy(beg,end,res)与reverse()类似，结果写入resrotate(beg,mid,end)元素移到容器末尾，由mid成为容器第一个元素rotate_copy(beg,mid,end,res)与rotate()类似，结果写入res随机函数作用random_shuffle(beg,end)元素随机调整次序random_shuffle(beg,end,gen)使用函数gen代替随机生成函数执行random_shuffle()查找算法(13个)：判断容器中是否包含某个值统计函数作用count(beg,end,val)利用==操作符，对[beg,end)的元素与val进行比较，返回相等元素个数count_if(beg,end,pred)使用函数pred代替==操作符执行count()查找函数作用find(beg,end,val)利用==操作符，对[beg,end)的元素与val进行比较。当匹配时结束搜索，返回该元素的InputIteratorfind_if(beg,end,pred)使用函数pred代替==操作符执行find()find_first_of(beg1,end1,beg2,end2)在[beg1,end1)范围内查找[beg2,end2)中任意一个元素的第一次出现。返回该元素的Iteratorfind_first_of(beg1,end1,beg2,end2,pred)使用函数pred代替==操作符执行find_first_of()。返回该元素的Iteratorfind_end(beg1,end1,beg2,end2)在[beg1,end1)范围内查找[beg2,end2)最后一次出现。找到则返回最后一对的第一个ForwardIterator，否则返回end1find_end(beg1,end1,beg2,end2,pred)使用函数pred代替==操作符执行find_end()。返回该元素的Iteratoradjacent_find(beg,end)对[beg,end)的元素，查找一对相邻重复元素，找到则返回指向这对元素的第一个元素的ForwardIterator。否则返回endadjacent_find(beg,end,pred)使用函数pred代替==操作符执行adjacent_find()搜索函数作用search(beg1,end1,beg2,end2)在[beg1,end1)范围内查找[beg2,end2)首一次出现，返回一个ForwardIterator，查找成功,返回[beg1,end1)内第一次出现[beg2,end2)的位置，查找失败指向end1search(beg1,end1,beg2,end2,pred)使用函数pred代替==操作符执行search()search_n(beg,end,n,val)在[beg,end)范围内查找val出现n次的子序列search_n(beg,end,n,val,pred)使用函数pred代替==操作符执行search_n()binary_search(beg,end,val)二分查找，在[beg,end)中查找val，找到返回truebinary_search(beg,end,val,comp)使用函数comp代替比较操作符执行binary_search()边界函数作用lower_bound(beg,end,val)在[beg,end)范围内的可以插入val而不破坏容器顺序的第一个位置，返回一个ForwardIterator（返回范围内第一个大于等于值val的位置）lower_bound(beg,end,val,comp)使用函数comp代替比较操作符执行lower_bound()upper_bound(beg,end,val)在[beg,end)范围内插入val而不破坏容器顺序的最后一个位置，该位置标志一个大于val的值，返回一个ForwardIterator（返回范围内第一个大于val的位置）upper_bound(beg,end,val,comp)使用函数comp代替比较操作符执行upper_bound()equal_range(beg,end,val)返回一对iterator，第一个表示lower_bound，第二个表示upper_boundequal_range(beg,end,val,comp)使用函数comp代替比较操作符执行lower_bound()删除和替换算法(15个)复制函数作用copy(beg,end,res)复制[beg,end)到rescopy_backward(beg,end,res)与copy()相同，不过元素是以相反顺序被拷贝移除函数作用remove(beg,end,val)移除[first,last)区间内所有与val值相等的元素，并不是真正的从容器中删除这些元素(原容器的内容不会改变)而是将结果复制到一个以result为起始位置的容器中。新容器可以与原容器重叠remove_if(beg,end,pred)删除[beg,end)内pred结果为true的元素remove_copy(beg,end,res,val)将所有不等于val元素复制到res，返回OutputIterator指向被拷贝的末元素的下一个位置remove_copy_if(beg,end,res,pred)将所有使pred结果为true的元素拷贝到res替换函数作用replace(beg,end,oval,nval)将[beg,end)内所有等于oval的元素都用nval代替replace_copy(beg,end,res,oval,nval)与replace()类似，不过将结果写入resreplace_if(beg,end,pred,nval)将[beg,end)内所有pred为true的元素用nval代替replace_copy_if(beg,end,res,pred,nval)与replace_if()，不过将结果写入res去重函数作用unique(beg,end)清除序列中相邻重复元素，不真正删除元素。重载版本使用自定义比较操作unique(beg,end,pred)将所有使pred结果为true的相邻重复元素去重unique_copy(beg,end,res)与unique类似，不过把结果输出到resunique_copy(beg,end,res,pred)与unique类似，不过把结果输出到res交换函数作用swap(a,b)交换存储在a与b中的值swap_range(beg1,end1,beg2)将[beg1,end1)内的元素[beg2,beg2+beg1-end1)元素值进行交换iter_swap(it_a,it_b)交换两个ForwardIterator的值算术算法(4个)函数作用accumulate(beg,end,val)对[beg,end)内元素之和，加到初始值val上accumulate(beg,end,val,binary)将函数binary代替加法运算，执行accumulate()partial_sum(beg,end,res)将[beg,end)内该位置前所有元素之和放进res中partial_sum(beg,end,res,binary)将函数binary代替加法运算，执行partial_sum()adjacent_difference(beg1,end1,res)将[beg,end)内每个新值代表当前元素与上一个元素的差放进res中adjacent_difference(beg1,end1,res,binary)将函数binary代替减法运算，执行adjacent_difference()inner_product(beg1,end1,beg2,val)对两个序列做内积(对应元素相乘，再求和)并将内积加到初始值val上inner_product(beg1,end1,beg2,val,binary1,binary2)将函数binary1代替加法运算,将binary2代替乘法运算，执行inner_product()关系算法(4个)函数作用equal(beg1,end1,beg2)判断[beg1,end1)与[beg2,end2)内元素都相等equal(beg1,end1,beg2,pred)使用pred函数代替默认的==操作符includes(beg1,end1,beg2,end2)判断[beg1,end1)是否包含[beg2,end2)，使用底层元素的<操作符，成功返回true。重载版本使用用户输入的函数includes(beg1,end1,beg2,end2,comp)将函数comp代替<操作符，执行includes()lexicographical_compare(beg1,end1,beg2,end2)按字典序判断[beg1,end1)是否小于[beg2,end2)lexicographical_compare(beg1,end1,beg2,end2,comp)将函数comp代替<操作符，执行lexicographical_compare()mismatch(beg1,end1,beg2)并行比较[beg1,end1)与[beg2,end2)，指出第一个不匹配的位置，返回一对iterator，标志第一个不匹配元素位置。如果都匹配，返回每个容器的endmismatch(beg1,end1,beg2,pred)使用pred函数代替默认的==操作符集合算法(6个)函数作用merge(beg1,end1,beg2,end2,res)合并[beg1,end1)与[beg2,end2)存放到resmerge(beg1,end1,beg2,end2,res,comp)将函数comp代替<操作符，执行merge()inplace_merge(beg,mid,end)合并[beg,mid)与[mid,end)，结果覆盖[beg,end)inplace_merge(beg,mid,end,cmp)将函数comp代替<操作符，执行inplace_merge()set_union(beg1,end1,beg2,end2,res)取[beg1,end1)与[beg2,end2)元素并集存放到resset_union(beg1,end1,beg2,end2,res,comp)将函数comp代替<操作符，执行set_union()set_intersection(beg1,end1,beg2,end2,res)取[beg1,end1)与[beg2,end2)元素交集存放到resset_intersection(beg1,end1,beg2,end2,res,comp)将函数comp代替<操作符，执行set_intersection()set_difference(beg1,end1,beg2,end2,res)取[beg1,end1)与[beg2,end2)元素内差集存放到resset_difference(beg1,end1,beg2,end2,res,comp)将函数comp代替<操作符，执行set_difference()set_symmetric_difference(beg1,end1,beg2,end2,res)取[beg1,end1)与[beg2,end2)元素外差集存放到res排列组合算法：提供计算给定集合按一定顺序的所有可能排列组合函数作用next_permutation(beg,end)取出[beg,end)内的下移一个排列next_permutation(beg,end,comp)将函数comp代替<操作符，执行next_permutation()prev_permutation(beg,end)取出[beg,end)内的上移一个排列prev_permutation(beg,end,comp)将函数comp代替<操作符，执行prev_permutation()堆算法(4个)函数作用make_heap(beg,end)把[beg,end)内的元素生成一个堆make_heap(beg,end,comp)将函数comp代替<操作符，执行make_heap()pop_heap(beg,end)重新排序堆。它把first和last-1交换，然后重新生成一个堆。可使用容器的back来访问被"弹出"的元素或者使用pop_back进行真正的删除。并不真正把最大元素从堆中弹出pop_heap(beg,end,comp)将函数comp代替<操作符，执行pop_heap()push_heap(beg,end)假设first到last-1是一个有效堆，要被加入到堆的元素存放在位置last-1，重新生成堆。在指向该函数前，必须先把元素插入容器后push_heap(beg,end,comp)将函数comp代替<操作符，执行push_heap()sort_heap(beg,end)对[beg,end)内的序列重新排序sort_heap(beg,end,comp)将函数comp代替<操作符，执行push_heap()