C++ STL 概述

什么是 STL

STL ( The C++ Standard Template Library )，C++标准模板库，是一个算法、数据结构和其他组件的集合，可用于简化C++程序的开发。STL提供了一系列的容器 (container)，如 vector、list、map，以及搜索、排序和操作数据的算法 (algorithm)。

STL的主要优点之一是它提供了一种编写通用的、可重复使用的代码的方法，可以应用于不同的数据类型。这意味着，你可以一次写好一个算法，然后将其用于不同类型的数据，而不必为每种类型单独写代码。

STL 的组成

容器（Container）： STL 提供了一系列的容器，如 vector、list、map、set 和 stack 等，它们可以用来存储和操作数据。
算法（Algorithm）： STL 提供了一系列的算法，比如 sort、find 和 binary_search，这些算法可以用来操作存储在容器中的数据。
迭代器（Iterator）：迭代器是提供遍历容器中元素的方法的对象。STL提供了一系列的迭代器，比如前向迭代器 (forward iterator)、双向迭代器 (bidirectional iterator) 和随机访问迭代器 (random access iterator)，它们可以与不同类型的容器一起使用。
函数对象（Function objects）：函数对象，也被称为functors，是可以作为算法的函数参数使用的对象。它们提供了一种将函数传递给算法的方法，允许你自定义其行为。
分配器（Allocator）：分配器是一种用于管理内存分配和释放的工具。
适配器（Adapter）：适配器是一种用于在现有的容器或迭代器（或上面其他组件，没有算法适配器）上添加新功能的工具，其本质还是容器和迭代器。

迭代器

常用的迭代器包括：输入迭代器（Input Iterator）、输出迭代器（Output Iterator）、前向迭代器（Forward Iterator）、双向迭代器（Bidirectional Iterator）、随机访问迭代器（Random Access Iterator）5种。输入迭代器和输出迭代器，它们不是把数组或容器当做操作对象，而是把输入流/输出流作为操作对象。这里简单介绍后面3种迭代器。

前向迭代器

前向迭代器支持以下运算：

运算	说明
*	解引用，得到迭代器指向元素的值
++it	前置递增，将迭代器指向下一个元素
it++	后置递增，将迭代器指向下一个元素，并返回指向当前元素的迭代器副本
==，!=	比较两个迭代器是否相等

双向迭代器

双向迭代器支持以下运算：

运算	说明
*	解引用，得到迭代器指向元素的值
++it	前置递增，将迭代器指向下一个元素
it++	后置递增，将迭代器指向下一个元素，并返回指向当前元素的迭代器副本
–it	前置递减，将迭代器指向前一个元素
it–	后置递减，将迭代器指向前一个元素，并返回指向当前元素的迭代器副本
==，!=	比较两个迭代器是否相等

随机访问迭代器

随机访问迭代器则支持更多的运算：

运算	说明
*	解引用，得到迭代器指向元素的值
++it	前置递增，将迭代器指向下一个元素
it++	后置递增，将迭代器指向下一个元素，并返回指向当前元素的迭代器副本
–it	前置递减，将迭代器指向前一个元素
it–	后置递减，将迭代器指向前一个元素，并返回指向当前元素的迭代器副本
==、!=、<、<=、>、>=	关系运算，用于比较两个迭代器的大小关系
it + n	加法，用于将迭代器向前移动 n 个元素
it1 - it2 和 it - n	减法，用于计算两个迭代器之间的距离，或将迭代器向后移动 n 个元素
it [ n ]	返回指向 it 后面第 n 个位置的元素的引用

实现一个简单的迭代器：

template <typename T>
class ArrayIterator {
public:ArrayIterator(T* ptr) : ptr_(ptr) {}T& operator*() const {return *ptr_;}T* operator->() const {return ptr_;}ArrayIterator& operator++() {++ptr_;return *this;}ArrayIterator& operator--() {--ptr_;return *this;}
private:T* ptr_;
};int main() {int my_array[] = {1, 2, 3, 4, 5};ArrayIterator<int> it(my_array); // 创建一个迭代器for (; it != ArrayIterator<int>(my_array + 5); ++it) {std::cout << *it << " "; // 输出数组元素}return 0;
}

常用容器

容器类型	说明
序列式容器（Sequence containers）	这种容器按照元素在容器中的位置存储元素，可以按照索引访问元素。包括 `vector`、`deque`、`list`、`forward_list` 和 `array`
关联式容器（Associative containers）	这种容器按照元素的键值存储元素，可以按照键值进行查找和访问元素，查找效率高。包括 `set`、`map`、`multiset` 和 `multimap`
无序关联式容器（Unordered associative containers）	这种容器也是按照元素的键值存储元素，但是它们使用哈希表来存储元素，因此它们不保证元素的顺序，另外容器的查找效率高。包括 `unordered_set`、`unordered_map`、`unordered_multiset` 和 `unordered_multimap`
容器适配器（Container adapters）	这种容器是对其他容器的封装，提供了不同的接口。包括 `stack`、`queue` 和 `priority_queue`

不同容器支持的迭代器不一样，主要是和容器的功能有关：

容器	对应的迭代器类型
array	随机访问迭代器
vector	随机访问迭代器
deque	随机访问迭代器
list	双向迭代器
set / multiset	双向迭代器
map / multimap	双向迭代器
forward_list	前向迭代器
unordered_map / unordered_multimap	前向迭代器
unordered_set / unordered_multiset	前向迭代器

其中，容器适配器因为其只是用于完成特殊的功能（先进先出 FIFO，后进先出LIFO）而不使用迭代器。在每个容器中，可以使用成员函数 begin( ) 获取对应的迭代器。

算法

STL 实现了数据结构与算法的分离，不需要在每个容器中单独地实现排序，查找什么的算法。通过迭代器可以将算法运用在不同的容器中，这也是迭代器的重要作用之一。这些算法也适用于普通数组。

#include <algorithm>
#include <iostream>int main() {int my_array[] = {5, 2, 1, 7, 4};std::sort(my_array, my_array + 5);//默认升序for (int i = 0; i < 5; ++i) {std::cout << my_array[i] << " ";}return 0;
}

函数对象

简单来说就是实现了 ( ) 运算符重载的类，这个类的实例对象就是一个函数对象。在使用这个对象时看上去像函数调用，而实际也执行了函数调用，所以叫做函数对象。

template<typename T>
class plus{
public:T operator()(const T a, const T b){return a+b;}
};
int main() {plus<int> a;std::cout << a(1,2) <<std::endl; // 3return 0;
}

STL 函数对象类模板：

std::less和std::greater：这些模板用于比较两个值的大小。std::less返回true如果第一个参数小于第二个参数，而std::greater则返回true如果第一个参数大于第二个参数。

int a = 5, b = 10;
std::less<int> less_than;
std::greater<int> greater_than;
bool result1 = less_than(a, b); // result1 = true
bool result2 = greater_than(a, b); // result2 = false

std::plus和std::minus：这些模板用于执行加法和减法运算。

int a = 5, b = 10;
std::plus<int> add;
std::minus<int> subtract;
int result1 = add(a, b); // result1 = 15
int result2 = subtract(a, b); // result2 = -5

std::multiplies和std::divides：这些模板用于执行乘法和除法运算。

int a = 5, b = 10;
std::multiplies<int> multiply;
std::divides<int> divide;
int result1 = multiply(a, b); // result1 = 50
int result2 = divide(a, b); // result2 = 0