C++模板——(4)C++泛型编程与标准模板库简介

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一、前言：

二、STL概述：

三、容器：

1、向量：

2列表：

3、集合：

4、双端队列：

5、栈：

6.映射：

例：使用向量，将字符串传送到字符向量中并显示。

四、算法：

五、选代器：

六、共勉：

一、前言：

标准模板库(Standard Template Library，STL)是一个高效、实用的 C++程序库。它被容纳于 C++标准程序库中，是ANSI/ISO C++标准中最新的，也是极具革命性的一部分。该库包含了诸多计算机科学领域里常用的基本数据结构和基本算法，为广大 C++程序员们提供了一个可扩展的应用框架，高度体现了软件的可复用性。

二、STL概述：

STL在C++程序设计中的作用是提供一个可供函数调用的组件和函数库，当需要时通过接口来调用，STL 的目的是标准化组件，用户不用重新开发它们，就可以使用这些现成的组件。STL
现在是 C++的一部分，被内建在编译器之内。

虽然STL是一个模板库，但其中也包含了许多部分。一般来说，STL由如下六个部分组成。

(1)容器(Containers):用于管理数据集合，包括各种数据结构，比如vector、list、deque、set、map用来存放数据
        从实现的角度来看，STL容器是一种类模板。
(2)算法(Algorithms):定义了计算过程，其包括各种算法，比如sort、search、copy、erase 等
        从实现的角度来看，STL算法是一种函数模板。
(3)选代器(Iterators):提供了遍历容器的方法它扮演了容器与算法之间的胶合剂、即“泛型指针”。共有5种类型及其他衍生变化。
        从实现角度来讲，STL迭代器是一种将operator*、operator->、operator++、operator--等指针相关操作予以重载的类模板。所有的 STL容器都附有自己专属的迭代器。
(4)仿函数(Functors)将函数封装在对象中，供其他组件使用。行为类似函数，可作为算法的某种策略。

从实现角度来看，它是一种重载了 operator()的类或者类模板，一般的函数指针可被视为狭义的仿函数。
(5)配接器(Adapters):一种用来修饰容器、仿函数或迭代器的接口，如STL提供的queue和stack，虽然看似容器，其实只能算一种容器配接器，因为它们底部完全借助 deque，所有操作都有底层的 deque 供应。改变functor 接口的被称为function adapter，改变container 接口的被称为container adapter。
(6)配置器(Allocators):负责空间配置与管理。
从实现角度来看，配置器是一个实现了动态空间配置、空间管理、空间释放的类模板。

STL的代码从广义上来讲可分为三类:容器(Containers)、算法(AIgorithms)、选代器(Iterators)。几乎所有的代码都采用了模板类和模板函数的方式，这相比于传统的由函数和类成的库来说提供了更好的代码重用机会。

在C++标准中，STL 被组织为下面的13 个头文件:<algorithms>、<deque>、<functiona>、<iterator>、<vector> 、<list>、<map>、<memory>、<numeric>、<queue>、<set> 、<stack>和<utility>

三、容器：

STL容器允许重复利用已有的实现构造自己特定类型下的数据结构，通过设置一些模板类这些模板的参数允许用户指定容器中元素的数据类型，从而可以提高编程效率。
容器部分主要由头文件<deque>、<vector>、<list>、<map>、<queue>、<set>、<stack>组成。

1、向量：

        需在头文件加入:#include<vector>。
        向量是一种 vector 容器类，向量就像是盛放变长数组的容器，大约所有 STL容器中有一般是基于向量的。vector 是一种动态数组，是基本数组的类模板。其内部定义了很多基本操作。vector类中定义了四种构造函数。
(1)默认构造函数:其构造了一个初始长度为0的向量，其调用方式如下
vector<int> vl；
(2)带有单个整型参数的构造函数:此参数描述了向量的初始大小，该构造函数还有一个可选的参数，这是一个类型为T的实例，描述了各个向量中各成员的初始值，其调用方式如下:
vector<int> v2(init_size，0);//如果预先定义了init_size其成员值都初始化为0

(3)复制构造函数构造一个新的向量，作为已存在的向量的完全复制，其调用方式如下
vector<int> v3(v2);

(4)含有两个常量参数的构造函数:产生初始值为一个区间的向量。区间由一个半开区间[first,last]来指定，其调用方式如下:
vector<int> v4(first,last);

此外，在实际程序中使用较多的还是向量类的成员函数，其常用的成员函数包括:

begin()、end()、push_back()、insert()、assign()、 front()、 back()、 erase()、 empty()、 at()、 size()。

2列表：

需在头文件加入:#include<list>。
列表也是容器类的一种,其控制的长度为N的序列是以一个有着N个节点的双向链表来存储的，支持双向迭代器。使用列表的有时是可以在链表中插入和删除的元素或者子链表，只需改变前后指针就可实现。

列表类的定义如下:

typedef list<T>,allocator<T> mycont; //使用默认模板参数，可以省略第二个参数

其成员函数及作用如下所示
resize:被控序列的长度改为只容纳n个元素，超出元素被删除。
clear:删除所有元素。

front，back:存取被控序列的第一个元素，存取被控序列的最后一个元素。

push_back:向对象末端插人值为x的元素。push_front为对象开始处插入元素;pop_back为删除最后一个元素;pop_front 为删除第一个元素。
assign:为了将被控序列替换成由(first,last)所指定的序列。

insert:为了在迭代器it指定的元u素前插入一个元素。

erase：删除it所指定的元素。

splice:将一系列的列表节点接入到一个列表中。

remove:删除所有值等于v的元素。

sort:将序列排序。

merge:将两个有序排序序列合并。

reverse:翻转整个序列。

3、集合：

需在头文件加入:#include<set>。
集合也是容器的一种，它的特点是集合中的元素值是唯一的。在集合中，所有的成员都是排列好的。如果先后往一个集合插入:23、12、0、42、123，则输出该集合时为:0、12、23、42、123。

4、双端队列：

需在头文件加入:#include<deque>。
双端队列是一个queue容器类(队列容器)，与vector类似，支持随机访问和快速插入删除它在容器中某一位置上的操作所花费的线性时间与vector。不同的是，deque 还支持从开始端插入数据，因为其包含在开始端插入数据的函数push_front()。

5、栈：

需在头文件加入:#include<stack>。

容器栈是一种特殊的容器，其特征是后进先出，即先进来的元素放在栈底，最后才能取出。栈容器支持的操作有如下五种：

empty:如果栈为空，返回true; 否则返回false。
size:返回栈中元素的个数。
pop:删除，但不返回栈顶元素。
top:返回，但不删除栈顶元素。
push:放人新的栈顶元素。

6.映射：

需在头文件加入:#include<map>。

映射用于对数据进行快速和高效的检索。

例：使用向量，将字符串传送到字符向量中并显示。

#include<vector>			//STL向量头文件 
#include<iostream>
using namespace std;
char *s="Hello world";		//定义字符数组 
int main()
{vector<char> vec;		//声明一个字符向量vector vector<char>::iterator vi;//为字符数组定义一个字符游标iterators char *p=s;			 	//定义指针指向字符串 while(*p!='\0')			//初识化字符向量，把数据填充到字符向量中 {vec.push_back(*p);	//puch_back函数，把数据放在向量的尾部 p++;} for(vi=vec.begin();vi!=vec.end();vi++){cout<<*vi;			//将向量中的数据一一显示出来 }cout<<endl;return 0;
}

四、算法：

算法是STL的重要组成部分。STL 提供了大约 100个实现算法的模板函数，用户可以通过调用算法模板完成所需的功能，这样大大地提高了用户使用C++进行程序设计的效率。

一般来说，STL中的算法部分主要由头文件<algorithms>、<numeric>、<functional>组成。其中头文件<algorithms>由模板函数组成，常见的函数涉及比较、交换、查找、排序等。

五、选代器：

迭代器实际上是一种泛化指针，如果一个迭代器指向了容器中的某一成员，那么迭代器将可以通过自增和自减来遍历容器中的所有成员。迭代器是联系容器和算法的媒介，是算法操作容器的接口。

简单来说，STL提供的所有算法几乎都是通过迭代器存取元素序列进行工作的，每一个容器都定义了它本身所专有的迭代器，用以存取容器中的元素。在前面运用算法操作容器时，就在不知不觉中使用了迭代器。
STL中的选代器主要由头文件<utility>、<iterator>、<memory>组成。其中，<utility>包括了贯穿使用在 STL中的几个模板的声明，<iteratot>头文件中提供了迭代器使用的许多方法。<memory>头文件中的主要部分是模板类 allocator，它负责产生所有容器中的默认分配器。