C++ 基础思维导图（三）异常-STL

1、异常

异常举例

 BankAccount.h

#ifndef BANK_ACCOUNT_H
#define BANK_ACCOUNT_H

#include <iostream>
#include <stdexcept>

class InsufficientFundsException : public std::runtime_error {
public:
    InsufficientFundsException() : std::runtime_error("Insufficient funds for this operation.") {}
};

class BankAccount {
private:
    std::string accountNumber;
    double balance;

public:
    BankAccount(const std::string& accNum) : accountNumber(accNum), balance(0.0) {}

    void deposit(double amount) {
        if (amount <= 0) {
            throw std::invalid_argument("Deposit amount must be positive.");
        }
        balance += amount;
        std::cout << "Deposited: " << amount << ", New Balance: " << balance << std::endl;
    }

    void withdraw(double amount) {
        if (amount > balance) {
            throw InsufficientFundsException();
        }
        balance -= amount;
        std::cout << "Withdrew: " << amount << ", New Balance: " << balance << std::endl;
    }

    double getBalance() const {
        return balance;
    }

    std::string getAccountNumber() const {
        return accountNumber;
    }
};

#endif // BANK_ACCOUNT_H

  Bank.h

#ifndef BANK_H
#define BANK_H

#include <iostream>
#include <map>
#include "BankAccount.h"

class AccountNotFoundException : public std::runtime_error {
public:
    AccountNotFoundException(const std::string& accNum) 
        : std::runtime_error("Account not found: " + accNum) {}
};

class Bank {
private:
    std::map<std::string, BankAccount> accounts;

public:
    void createAccount(const std::string& accNum) {
        accounts.emplace(accNum, BankAccount(accNum));
        std::cout << "Account created: " << accNum << std::endl;
    }

    BankAccount& getAccount(const std::string& accNum) {
        auto it = accounts.find(accNum);
        if (it == accounts.end()) {
            throw AccountNotFoundException(accNum);
        }
        return it->second;
    }
};

#endif // BANK_H

main.cpp

#include <iostream>
#include "Bank.h"

int main() {
    Bank bank;

    try {
        bank.createAccount("12345");
        bank.createAccount("67890");

        // 存款
        bank.getAccount("12345").deposit(1000);
        bank.getAccount("67890").deposit(500);

        // 取款
        bank.getAccount("12345").withdraw(200);
        bank.getAccount("67890").withdraw(600); // 这将抛出异常

    } catch (const InsufficientFundsException& e) {
        std::cout << "Error: " << e.what() << std::endl;
    } catch (const AccountNotFoundException& e) {
        std::cout << "Error: " << e.what() << std::endl;
    } catch (const std::invalid_argument& e) {
        std::cout << "Error: " << e.what() << std::endl;
    } catch (const std::exception& e) {
        std::cout << "An unexpected error occurred: " << e.what() << std::endl;
    }

    return 0;
}

2、STL

 容器

int main() {
    //动态数组，支持随机访问，适合频繁插入和删除操作
    std::vector<int> vec = {1, 2, 3};
    vec.push_back(4); // 添加元素
    vec.insert(vec.begin() + 1, 5); // 在位置 1 插入 5
    vec.erase(vec.begin() + 2); // 删除位置 2 的元素
    //push_back()：在末尾添加元素。pop_back()：删除末尾元素。
    //erase()：删除指定位置的元素. insert()：在指定位置插入元素。
    for (int num : vec) {
        std::cout << num << " "; // 输出: 1 5 3 4
    }
    std::cout<<std::endl;
    //list 双向链表，适合频繁插入和删除操作，但不支持随机访问。
    //push_back()：在末尾添加元素。push_front()：在前面添加元素。
    //pop_back()：删除末尾元素。pop_front()：删除前面元素。
    std::list<int> lst = {1, 2, 3};
    lst.push_back(4); // 添加元素
    lst.push_front(0); // 在前面添加元素

    for (int num : lst) {
        std::cout << num << " "; // 输出: 0 1 2 3 4
    }
    std::cout<<std::endl;
    //deque：双端队列，支持在两端高效插入和删除
    //push_back()：在末尾添加元素。push_front()：在前面添加元素。
    //pop_back()：删除末尾元素。 pop_front()：删除前面元素
    std::deque<int> deq = {1, 2, 3};
    deq.push_back(4); // 添加元素
    deq.push_front(0); // 在前面添加元素
    for (int num : deq) {
        std::cout << num << " "; // 输出: 0 1 2 3 4
    }
    std::cout<<std::endl;
    //关联容器set 存储唯一元素自动排序，不支持重复元素
    //insert()：添加元素。erase()：删除元素。find()：查找元素。
    std::set<int> s = {3, 1, 4, 1, 5}; // 1 会被忽略
    s.insert(2); // 添加元素
    for (int num : s) {
        std::cout << num << " "; // 输出: 1 2 3 4 5
    }
    std::cout<<std::endl;
    //关联容器map,存储键值对，键唯一自动排序
    //insert()：添加键值对。erase()：删除键值对。find()：查找键对应的值。
    std::map<std::string, int> m;
    m["apple"] = 1;
    m["banana"] = 2;

    for (const auto& pair : m) {
        std::cout << pair.first << ": " << pair.second << std::endl; // 输出: apple: 1, banana: 2
    }
    //无序容器unordered_set无序容器不保证元素的顺序，主要用于快速查找
    std::unordered_set<int> us = {3, 1, 4, 1, 5}; // 1 会被忽略
    us.insert(2); // 添加元素
    for (int num : us) {
        std::cout << num << " "; // 输出顺序不确定
    }
    //unordered_map 存储键值对，不保证顺序。基于哈希表实现，查找效率高
    std::unordered_map<std::string, int> um;
    um["apple"] = 1;
    um["banana"] = 2;

    for (const auto& pair : um) {
        std::cout << pair.first << ": " << pair.second << std::endl; // 输出顺序不确定
    }
    return 0;
}

 迭代器

迭代器是一种对象，它提供了对容器中元素的访问方式。通过迭代器，用户可以遍历容器中的元素，而无需了解容器的内部实现细节。迭代器通常支持以下操作

解引用操作使用 * 运算符访问迭代器指向的元素
自增操作使用 ++ 运算符将迭代器移动到下一个元素
自减操作使用 -- 运算符将迭代器移动到前一个元素（适用于双向和随机访问迭代器）
比较操作使用 == 和 != 运算符比较两个迭代器是否相等

迭代器的类型 

输入迭代器只读访问元素，支持单向遍历。适用于只需要读取数据的场景
输出迭代器只写访问元素，支持单向遍历。适用于只需要写入数据的场景。
前向迭代器既可以读也可以写，支持单向遍历。可以多次遍历同一序列
双向迭代器既可以读也可以写，支持双向遍历。可以在两个方向上移动
随机访问迭代器既可以读也可以写，支持随机访问。可以直接访问容器中的任意元素
int main() {
    std::vector<int> vec = {1, 2, 3, 4, 5};
    // 使用迭代器遍历 vector
    for (std::vector<int>::iterator it = vec.begin(); it != vec.end(); ++it) {
        std::cout << *it << " "; // 输出: 1 2 3 4 5
    }
    std::cout << std::endl;
    // 使用范围 for 循环
    for (const auto& num : vec) {
        std::cout << num << " "; // 输出: 1 2 3 4 5
    }
    //find算法查找
    auto it = std::find(vec.begin(), vec.end(), 3);
    
    if (it != vec.end()) {
        std::cout << "Found: " << *it << std::endl; // 输出: Found: 3
    } else {
        std::cout << "Not found" << std::endl;
    }
    std::vector<int> result(vec.size());
    //变换算法
    std::transform(vec.begin(), vec.end(), result.begin(), [](int x) { return x * 2; });

    for (const auto& num : result) {
        std::cout << num << " "; // 输出: 2 4 6 8 10
    }
     std::vector<int> destination(5);
    //copy 复制算法
    std::copy(vec.begin(), vec.end(), destination.begin());

    for (const auto& num : destination) {
        std::cout << num << " "; // 输出: 1 2 3 4 5
    }
    //删除元素
     std::vector<int> vec1 = {1, 2, 3, 2, 4, 2, 5};
    vec1.erase(std::remove(vec1.begin(), vec1.end(), 2), vec1.end()); // 删除所有 2

    for (const auto& num : vec1) {
        std::cout << num << " "; // 输出: 1 3 4 5
    }
    //聚合算法计算总和
    int sum = std::accumulate(vec.begin(), vec.end(), 0); // 计算总和

    std::cout << "Sum: " << sum << std::endl; // 输出: Sum: 15

    //集合算法,计算并集
    std::vector<int> vec1 = {1, 2, 3, 4};
    std::vector<int> vec2 = {3, 4, 5, 6};
    std::vector<int> result;
    std::set_union(vec1.begin(), vec1.end(), vec2.begin(), vec2.end(),
                   std::back_inserter(result)); // 计算并集

    for (const auto& num : result) {
        std::cout << num << " "; // 输出: 1 2 3 4 5 6
    }
    return 0;
}

适配器：

容器适配器：std::stack：基于底层容器（如 std::deque 或 std::vector）实现的后进先出（LIFO）数据结构。
std::queue：基于底层容器实现的先进先出（FIFO）数据结构。
std::priority_queue：基于底层容器实现的优先队列。

迭代器适配器：

常见的迭代器适配器有：std::reverse_iterator：反向迭代器，用于反向遍历容器。
std::insert_iterator：插入迭代器，用于在容器中插入元素。

函数对象适配器：常见的函数对象适配器有：std::negate：用于对值取反的函数对象。
std::not1 和 std::not2：用于对一元和二元函数对象取反。

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