C++ 语言基础
本文针对初学者，介绍 C++ 的基本使用，包括控制语句、标准库的常用数据结构等，以便快速上手刷题。
标准输出
C++ 的标准输出是 cout，用 << 运算符把需要打印的内容传递给 cout，endl 是换行符。
int a = 10;
// 输出：10
cout << a << endl;
// 可以串联输出
// 输出：Hello, World!
cout << "Hello" << ", " << "World!" << endl;
string s = "abc";
// 输出：abc 10
cout << s << " " << a << endl;当然，C 语言的 printf 函数也可以用，但是 cout 更加方便，所以我们一般用 cout。
控制语句
编程语言的控制语句一般都比较简单，最常见的无非就是条件判断和循环，下面简单介绍一下。
条件判断 if else
int a = 10;
if (a > 5) {
cout << "a > 5" << endl;
} else if (a == 5) {
cout << "a == 5" << endl;
} else {
cout << "a < 5" << endl;
}
// 输出：a > 5循环 for/while
for 和 while 都可以用来做循环，for 循环一般用于已知循环次数的情况，while 循环一般用于未知循环次数的情况。
// 0 1 2 3 4
for (int i = 0; i < 5; i++) {
cout << i << " ";
}
int num = 100;
// 100 50 25 12 6 3 1
while (num > 0) {
cout << num << " ";
num /= 2;
}基本数据结构
对于标准库的常用数据结构，力扣平台都会默认导入。也就是说，你在写算法题是，可以直接使用 vector、set、map 等关键字创建数据结构。
动态数组 vector
vector 是 C++ 标准库的动态数组。
大家以前学 C 语言的时候肯定学过 malloc, int[n] 等方式来创建静态数组，但是这种方式非常麻烦，而且容易出错。我们做算法题的时候一般使用动态数组 vector，而且题目给的输入一般也是 vector 类型。
关于动态数组和静态数组的区别，我会在后文 实现动态数组 的章节中详细介绍。
vector 的初始化方法如下：
#include <vector>
int n = 7, m = 8;
// 初始化一个 int 型的空数组 nums
vector<int> nums;
// 初始化一个大小为 n 的数组 nums，数组中的值默认都为 0
vector<int> nums(n);
// 初始化一个元素为 1, 3, 5 的数组 nums
vector<int> nums{1, 3, 5};
// 初始化一个大小为 n 的数组 nums，其值全都为 2
vector<int> nums(n, 2);
// 初始化一个二维 int 数组 dp
vector<vector<int>> dp;
// 初始化一个大小为 m * n 的布尔数组 dp，
// 其中的值都初始化为 true
vector<vector<bool>> dp(m, vector<bool>(n, true));vector 的常用操作：
#include <iostream>
#include <vector>
using namespace std;
int main() {
int n = 10;
// 数组大小为 10，元素值都为 0
vector<int> nums(n);
// 输出 0 (false)
cout << nums.empty() << endl;
// 输出：10
cout << nums.size() << endl;
// 在数组尾部插入一个元素 20
nums.push_back(20);
// 输出：11
cout << nums.size() << endl;
// 得到数组最后一个元素的引用
// 输出：20
cout << nums.back() << endl;
// 删除数组的最后一个元素（无返回值）
nums.pop_back();
// 输出：10
cout << nums.size() << endl;
// 可以通过方括号直接取值或修改
nums[0] = 11;
// 输出：11
cout << nums[0] << endl;
// 在索引 3 处插入一个元素 99
nums.insert(nums.begin() + 3, 99);
// 删除索引 2 处的元素
nums.erase(nums.begin() + 2);
// 交换 nums[0] 和 nums[1]
swap(nums[0], nums[1]);
// 遍历数组
// 0 11 99 0 0 0 0 0 0 0
for (int i = 0; i < nums.size(); i++) {
cout << nums[i] << " ";
}
cout << endl;
}以上就是 C++ vector 在本书中的常用方法，无非就是用索引取元素以及 push_back, pop_back 方法，就刷算法题而言，这些就够了。
因为根据「数组」的特性，利用索引访问元素很高效，从尾部增删元素也是很高效的；而从中间或头部增删元素要涉及搬移数据，很低效。具体的原因会在后文 数组基础 中详细介绍。
双链表 list
list 是 C++ 标准库中的双向链表容器。
初始化方法：
#include <list>
int n = 7;
// 初始化一个空的双向链表 lst
std::list<int> lst;
// 初始化一个大小为 n 的链表 lst，链表中的值默认都为 0
std::list<int> lst(n);
// 初始化一个包含元素 1, 3, 5 的链表 lst
std::list<int> lst{1, 3, 5};
// 初始化一个大小为 n 的链表 lst，其中值都为 2
std::list<int> lst(n, 2);list 的常用方法：
#include <iostream>
#include <list>
using namespace std;
int main() {
// 初始化链表
list<int> lst{1, 2, 3, 4, 5};
// 检查链表是否为空，输出：false
cout << lst.empty() << endl;
// 获取链表的大小，输出：5
cout << lst.size() << endl;
// 在链表头部插入元素 0
lst.push_front(0);
// 在链表尾部插入元素 6
lst.push_back(6);
// 获取链表头部和尾部元素，输出：0 6
cout << lst.front() << " " << lst.back() << endl;
// 删除链表头部元素
lst.pop_front();
// 删除链表尾部元素
lst.pop_back();
// 在链表中插入元素
auto it = lst.begin();
// 移动到第三个位置
advance(it, 2);
// 在第三个位置插入 99
lst.insert(it, 99);
// 删除链表中某个元素
it = lst.begin();
// 移动到第二个位置
advance(it, 1);
// 删除第二个位置的元素
lst.erase(it);
// 遍历链表
// 输出：1 99 3 4 5
for (int val : lst) {
cout << val << " ";
}
cout << endl;
return 0;
}一般来说，当我们想在头部增删元素时会使用双链表，因为它在头部增删元素的效率比 vector 高。但我们通过索引访问元素，这种场景下我们会使用 vector。
链表的特点，以及它和动态数组 vector 的适用场景，我会在 动手实现链表 介绍，这里就介绍一下它的常用 API。
队列 queue
queue 是 C++ 标准库中的队列容器，基于先进先出（FIFO）的原则。队列适用于只允许从一端（队尾）添加元素、从另一端（队头）移除元素的场景。
关于队列的实现原理和使用场景，本站后面的章节会介绍，这里只介绍一下它的常用 API。
#include <iostream>
#include <queue>
using namespace std;
int main() {
// 初始化一个空的整型队列 q
queue<int> q;
// 在队尾添加元素
q.push(10);
q.push(20);
q.push(30);
// 检查队列是否为空，输出：false
cout << q.empty() << endl;
// 获取队列的大小，输出：3
cout << q.size() << endl;
// 获取队列的队头和队尾元素，输出：10 和 30
cout << q.front() << " " << q.back() << endl;
// 删除队头元素
q.pop();
// 输出新的队头元素：20
cout << q.front() << endl;
return 0;
}栈 stack
栈是一种后进先出（LIFO）的数据结构，栈适用于只允许在一端（栈顶）添加或移除元素的场景。
stack 是 C++ 标准库中的栈容器，关于栈的实现原理和使用场景，本站后面的章节会介绍，这里只介绍一下它的常用 API。
#include <iostream>
#include <stack>
using namespace std;
int main() {
// 初始化一个空的整型栈 s
stack<int> s;
// 向栈顶添加元素
s.push(10);
s.push(20);
s.push(30);
// 检查栈是否为空，输出：false
cout << s.empty() << endl;
// 获取栈的大小，输出：3
cout << s.size() << endl;
// 获取栈顶元素，输出：30
cout << s.top() << endl;
// 删除栈顶元素
s.pop();
// 输出新的栈顶元素：20
cout << s.top() << endl;
return 0;
}哈希表 unordered_map
unordered_map 是 C++ 标准库中的一种哈希表实现，它提供了基于键值对（key-value）的存储，提供了常数时间复杂度的查找、插入和删除键值对的操作。
哈希表是非常经典的数据结构，它的实现原理和代码实现，我会在 哈希表原理和基础 介绍，这里只介绍一下它的常用 API。
初始化方法：
#include <unordered_map>
using namespace std;
// 初始化一个空的哈希表 map
unordered_map<int, string> hashmap;
// 初始化一个包含一些键值对的哈希表 map
unordered_map<int, string> hashmap{{1, "one"}, {2, "two"}, {3, "three"}};unordered_map 的常用方法如下。
特别注意：访问不存在的键会自动插入键值对
在 C++ 的哈希表中，如果你访问一个不存在的键，它会自动创建这个键，对应的值是默认构造的值。
这一点和其他语言不同，需要格外注意。记住访问值之前要先判断键是否存在，否则可能会意外地创建新键，导致算法出错。详见下面的示例。
#include <iostream>
#include <unordered_map>
using namespace std;
int main() {
// 初始化哈希表
unordered_map<int, string> hashmap{{1, "one"}, {2, "two"}, {3, "three"}};
// 检查哈希表是否为空，输出：0 (false)
cout << hashmap.empty() << endl;
// 获取哈希表的大小，输出：3
cout << hashmap.size() << endl;
// 查找指定键是否存在
// 注意 contains 方法是 C++20 新增的
// 输出：Key 2 -> two
if (hashmap.contains(2)) {
cout << "Key 2 -> " << hashmap[2] << endl;
} else {
cout << "Key 2 not found." << endl;
}
// 获取指定键对应的值，若不存在会返回默认构造的值
// 输出空字符串
cout << hashmap[4] << endl;
// 插入一个新的键值对
hashmap[4] = "four";
// 获取新插入的值，输出：four
cout << hashmap[4] << endl;
// 删除键值对
hashmap.erase(3);
// 检查删除后键 3 是否存在
// 输出：Key 3 not found.
if (hashmap.contains(3)) {
cout << "Key 3 -> " << hashmap[3] << endl;
} else {
cout << "Key 3 not found." << endl;
}
// 遍历哈希表
// 输出（顺序可能不同）：
// 4 -> four
// 2 -> two
// 1 -> one
for (const auto &pair: hashmap) {
cout << pair.first << " -> " << pair.second << endl;
}
// 特别注意，访问不存在的键会自动创建这个键
unordered_map<int, string> hashmap2;
// 键值对的数量是 0
cout << hashmap2.size() << endl; // 0
// 访问不存在的键，会自动创建这个键，对应的值是默认构造的值
cout << hashmap2[1] << endl; // empty string
cout << hashmap2[2] << endl; // empty string
// 现在键值对的数量是 2
cout << hashmap2.size() << endl; // 2
return 0;
}哈希集合 unordered_set
unordered_set 是 C++ 标准库中的一种哈希集合实现，用于存储不重复的元素，常见使用场景是对元素进行去重。
本站后面的章节会介绍哈希集合的实现原理和代码实现，这里只介绍一下它的常用 API。
初始化方法：
#include <unordered_set>
using namespace std;
// 初始化一个空的哈希集合 set
unordered_set<int> uset;
// 初始化一个包含一些元素的哈希集合 set
unordered_set<int> uset{1, 2, 3, 4};unordered_set 的常用方法：
#include <iostream>
#include <unordered_set>
using namespace std;
int main() {
// 初始化哈希集合
unordered_set<int> hashset{1, 2, 3, 4};
// 检查哈希集合是否为空，输出：0 (false)
cout << hashset.empty() << endl;
// 获取哈希集合的大小，输出：4
cout << hashset.size() << endl;
// 查找指定元素是否存在
// 输出：Element 3 found.
if (hashset.contains(3)) {
cout << "Element 3 found." << endl;
} else {
cout << "Element 3 not found." << endl;
}
// 插入一个新的元素
hashset.insert(5);
// 删除一个元素
hashset.erase(2);
// 输出：Element 2 not found.
if (hashset.contains(2)) {
cout << "Element 2 found." << endl;
} else {
cout << "Element 2 not found." << endl;
}
// 遍历哈希集合
// 输出（顺序可能不同）：
// 1
// 3
// 4
// 5
for (const auto &element : hashset) {
cout << element << endl;
}
return 0;
}传值和传引用
在 C++ 中，函数参数的传递方式主要有两种：传值和传引用。理解它们的区别对于编写高效的算法代码至关重要，特别是在处理大量数据或需要修改原始数据时。
传值（Pass by Value）
传值是指将函数参数的一个副本传递给函数，在函数内部对该副本的修改不会影响到原始数据。
下面是一个例子：
#include <iostream>
using namespace std;
void modifyValue(int x) {
x = 10; // 只修改副本，不会影响原始数据
}
int main() {
int num = 5;
modifyValue(num);
// 输出：5
cout << "After modifyValue, num = " << num << endl;
return 0;
}在上述代码中，num 的值在调用 modifyValue 后并未改变，因为传入的是 num 的副本，函数内的修改仅影响副本。
传引用（Pass by Reference）
传引用是指将实参的地址传递给函数，函数可以直接操作原始数据。这意味着对参数的修改会直接影响原始数据。
下面是一个例子：
#include <iostream>
using namespace std;
void modifyReference(int &x) {
x = 10; // 修改原始数据
}
int main() {
int num = 5;
modifyReference(num);
// 输出：10
cout << "After modifyReference, num = " << num << endl;
return 0;
}在上述代码中，num 的值被修改为 10，因为我们传递的是 num 的引用，函数内对 x 的修改直接影响了 num。
做算法题时的选择
以我的经验，在做算法题时传引用比较多，因为传引用可以直接修改原始数据，避免了复制数据副本的开销。而且算法代码本身也不多，一般不会出现函数内部修改数据导致的错误。
特别注意一个可能出现的问题，就是递归函数的参数千万别使用传值的方式，否则每次递归都会创建一个数据副本，消耗大量的内存和时间。
总结
上面这些基础知识就够你开始刷题了。
当然，C++ 还提供很多其他数据结构，它们还有很多其他方法和 API，本文都没有介绍。因为一些高级数据结构会在后面的数据结构章节逐步介绍，而每个结构的 API 也是可以在需要的时候查文档的，没必要一开始就全部记住。
C++ 官方文档地址：https://en.cppreference.com/w/
下面我会带你做一些力扣的算法题，让你快速把这些数据结构用起来，同时也熟悉一下刷题系统的使用。