C++的STL都由什么组成

C++标准模板库（STL）是C++语言的一部分，提供了一系列模板类和函数，旨在帮助程序员处理常见的编程任务，如数据结构和算法操作。
STL主要包括四大组件：
容器（Containers）、
迭代器（Iterators）、
算法（Algorithms）
函数对象（Function objects）。
下面是对这些组件的详细介绍：

1. 容器（Containers）

容器是用来管理某一类对象的集合。STL提供了多种不同类型的容器，每种容器都设计用来管理特定类型的对象集合。

序列容器（Sequence Containers）：管理元素的线性排列。
- vector：动态数组，支持快速随机访问。
- list：双向链表，支持快速插入和删除。
- deque：双端队列，两端都可以快速插入和删除。
- forward_list（C++11）：单向链表，效率高于list但只能单向遍历。
- array（C++11）：固定大小数组，支持快速随机访问，大小在编译时确定。
关联容器（Associative Containers）：基于键来管理元素的集合。
- set：元素唯一且自动排序的集合。
- multiset：元素可以重复且自动排序的集合。
- map：基于键值对的集合，键唯一且自动排序。
- multimap：基于键值对的集合，键可以重复且自动排序。
无序关联容器（Unordered Associative Containers）（C++11）：基于哈希表的容器，元素不自动排序。
- unordered_set：元素唯一的集合。
- unordered_multiset：元素可以重复的集合。
- unordered_map：基于键值对的集合，键唯一。
- unordered_multimap：基于键值对的集合，键可以重复。

2. 迭代器（Iterators）

迭代器提供了一种访问容器元素的方法，而不需要了解容器的内部工作原理。它类似于指针，可以用来遍历STL容器中的元素。

迭代器类型：
- 输入迭代器
- 输出迭代器
- 前向迭代器
- 双向迭代器
- 随机访问迭代器

3. 算法（Algorithms）

STL提供了一系列标准算法，如排序、搜索、修改序列等操作，这些算法通常通过迭代器与容器进行交互。

算法类型：
- 非修改序列算法
- 修改序列算法
- 排序和相关操作
- 通用数值算法

4. 函数对象（Function objects）

函数对象（也称为仿函数）是实现了operator()的类的实例。STL中的函数对象可以用作算法的比较函数、执行特定操作的函数等。

函数对象的分类：
- 算术运算类
- 关系运算类
- 逻辑运算类
- 自定义仿函数

5. 适配器（Adapters）

适配器是一种特殊的容器、迭代器或函数对象，它通过特定的接口对STL提供的其他组件进行封装，以改变其行为。

容器适配器：stack、queue、priority_queue
迭代器适配器：reverse_iterator、insert_iterator、stream_iterator
函数适配器：bind 、 function（C++11）
STL是C++中非常强大的一部分，掌握它可以极大地提高编程效率和代码质量。通过结合使用不同的STL组件，可以解决大多数编程问题，并写出既简洁又高效的代码。

一些代码示例
让我们通过具体的代码示例来探讨C++标准模板库（STL）的各个组件及其语法，以及它们解决的问题。

1. 容器（Containers）

vector（动态数组）

#include <iostream>
#include <vector>int main() {std::vector<int> vec = {1, 2, 3, 4, 5};vec.push_back(6); // 在末尾添加一个元素std::cout << "Vector: ";for(int num : vec) {std::cout << num << " ";}std::cout << "\n";
}

问题解决：std::vector提供了一个动态大小的数组。与普通数组相比，它可以在运行时动态地改变大小，非常适合于不知道确切元素数量的情况。

2. 迭代器（Iterators）

使用迭代器遍历vector

#include <iostream>
#include <vector>int main() {std::vector<int> vec = {1, 2, 3, 4, 5};for(auto it = vec.begin(); it != vec.end(); ++it) {std::cout << *it << " ";}std::cout << "\n";
}

问题解决：迭代器提供了一种统一的方式来访问容器中的元素，不需要关心容器的具体类型。

3. 算法（Algorithms）

sort（排序）

#include <algorithm>
#include <vector>
#include <iostream>int main() {std::vector<int> vec = {5, 3, 4, 1, 2};std::sort(vec.begin(), vec.end());for(int num : vec) {std::cout << num << " ";}std::cout << "\n";
}

问题解决：STL中的算法如std::sort，提供了通用的解决方案，用于执行如排序、搜索等常见操作，而无需手动实现。

4. 函数对象（Function objects）

使用函数对象进行比较

#include <algorithm>
#include <vector>
#include <iostream>struct greater {bool operator()(int a, int b) {return a > b;}
};int main() {std::vector<int> vec = {5, 3, 4, 1, 2};std::sort(vec.begin(), vec.end(), greater());for(int num : vec) {std::cout << num << " ";}std::cout << "\n";
}

问题解决：函数对象允许将行为（如比较）封装在对象中，这使得算法如std::sort能够以通用和灵活的方式执行。

5. 适配器（Adapters）

stack（栈）

#include <stack>
#include <iostream>int main() {std::stack<int> stk;stk.push(1);stk.push(2);stk.push(3);while(!stk.empty()) {std::cout << stk.top() << " ";stk.pop();}std::cout << "\n";
}

问题解决：容器适配器如std::stack提供了特定的数据结构的接口，例如栈（LIFO顺序）。它们使得对这些数据结构的操作更为直观和简洁。

通过这些示例，我们可以看到STL如何提供了一套丰富的工具和抽象，让处理数据结构和算法更加简单和高效。STL的设计允许程序员以通用的方式编写代码，从而提高了代码的复用性和可维护性。

函数对象更加具体的用法

函数对象（也称为仿函数）是一种使用对象模拟函数调用的技术。它们通过重载operator()实现，这让对象可以像函数一样被调用。虽然在日常编程中可能不如普通函数或Lambda表达式那样频繁见到，但函数对象在某些情况下非常有用，特别是在需要对象保持状态或需要多次重用操作逻辑时。下面是一些函数对象的其他示例和使用场景：

1. 带状态的函数对象

函数对象可以携带状态（即类成员变量的值），这允许它在多次调用之间保持某些信息。

#include <iostream>
#include <vector>
#include <algorithm>class CountIf {
private:int threshold;
public:CountIf(int t) : threshold(t) {}bool operator()(int x) {return x > threshold;}
};int main() {std::vector<int> vec = {1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10};CountIf countIf5(5); // 创建一个阈值为5的函数对象int count = std::count_if(vec.begin(), vec.end(), countIf5);std::cout << "There are " << count << " numbers greater than 5\n";
}

这个例子中，CountIf函数对象根据构造时给定的阈值来判断整数是否满足条件，并在使用std::count_if算法时携带状态（阈值）。

2. 结合STL算法使用函数对象

函数对象可以与STL算法结合使用，提供自定义的比较逻辑或操作。

#include <iostream>
#include <algorithm>
#include <vector>class Multiply {
public:int operator()(int x) {return x * 2;}
};int main() {std::vector<int> vec = {1, 2, 3, 4, 5};std::transform(vec.begin(), vec.end(), vec.begin(), Multiply());for(int num : vec) {std::cout << num << " ";}std::cout << "\n";
}

在这个例子中，Multiply函数对象被用于std::transform算法中，将向量中的每个元素乘以2。

3. 作为比较函数的函数对象

在需要自定义排序准则时，函数对象可以用作比较函数。

#include <iostream>
#include <algorithm>
#include <vector>class Descend {
public:bool operator()(int a, int b) {return a > b; // 降序排列}
};int main() {std::vector<int> vec = {5, 3, 1, 4, 2};std::sort(vec.begin(), vec.end(), Descend());for(int num : vec) {std::cout << num << " ";}std::cout << "\n";
}