【C++ STL】简述

文章目录

【 1. 容器】
【 2. 迭代器】
【 3. 适配器】

C++ 的 STL（全称是 Standard Template Library 标准模板库，也叫泛型库）是一套功能强大的 C++ 模板类，提供了 通用的模板类和函数，这些模板类和函数可以实现多种流行和常用的算法和数据结构，如向量、链表、队列、栈。
STL的分类
- 标准函数库：这个库是由通用的、独立的、不属于任何类的函数组成的。这个函数库继承自 C 语言，C++ 标准库包含了所有的 C 标准库，为了支持类型安全，做了一定的添加和修改。
  - 输入/输出 I/O
  - 字符串和字符处理
  - 数学
  - 时间、日期和本地化
  - 动态分配
  - 其他
  - 宽字符函数
- 面向对象类库：这个库是类及其相关函数的集合。标准的 C++ 面向对象类库定义了大量支持一些常见操作的类，比如输入/输出 I/O、字符串处理、数值处理。面向对象类库包含以下内容：
  - 标准的 C++ I/O 类
  - String 类
  - 数值类
  - STL 容器类
  - STL 算法
  - STL 函数对象
  - STL 迭代器
  - STL 分配器
  - 本地化库
  - 异常处理类
  - 杂项支持库
C++ 标准模板库包括以下 6 个组件（核心是前三个组件），每个组件都带有丰富的预定义函数，帮助我们通过简单的方式处理复杂的任务：

组件	描述
容器（Containers）	容器是用来管理某一类对象的集合。C++ 提供了各种不同类型的容器，比如 list链表、stack栈、queue队列、vector向量、deque双向队列等。
迭代器（iterators）	迭代器用于遍历对象集合的元素。这些集合可能是容器，也可能是容器的子集。
算法（Algorithms）	算法作用于容器，它们提供了各种通用算法。包括对容器内容执行初始化、排序、搜索和转换等操作。
仿函数（Functor）	如果一个类将 () 运算符重载为成员函数，这个类就称为函数对象类，这个类的对象就是函数对象（又称仿函数）
适配器（Adaptor）	可以使一个类的接口（模板的参数）适配成用户指定的形式，从而让原本不能在一起工作的两个类工作在一起。值得一提的是，容器、迭代器和函数都有适配器；
分配器（allocator）	为容器类模板提供自定义的内存申请和释放功能，由于往往只有高级用户才有改变内存分配策略的需求，因此内存分配器对于一般用户来说，并不常用。

【 1. 容器】

容器就是一些模板类的集合，但和普通模板类不同的是，容器中封装的是组织数据的方法（也就是数据结构）。
序列式容器
包括 array、vector、list、deque 和 forward_list，其存储的都是 C++ 基本数据类型（诸如 int、double、float、string 等）或使用结构体自定义类型的元素。
关联式容器
关联式容器在存储元素值的同时，还会为各元素额外再配备一个值，又称为键，其本质也是一个 C++ 基础数据类型或自定义类型的元素。它的功能是在使用关联式容器的过程中，如果 已知目标元素的键的值，则直接通过该键就可以找到目标元素，而无需再通过遍历整个容器的方式。
STL 容器种类和功能
排序容器和哈希容器有时也称为关联容器。

容器种类	功能	举例
序列容器	序列容器中的元素在容器中的位置同元素的值无关，即容器不是排序的。将元素插入容器时，指定在什么位置，元素就会位于什么位置。	主要包括 vector 向量容器、list 列表容器以及 deque 双端队列容器。
排序容器（有序关联式容器）	排序容器中的元素默认是由小到大排序好的，即便是插入元素，元素也会插入到适当位置。所以关联容器在查找时具有非常好的性能。	包括 set 集合容器、multiset多重集合容器、map映射容器以及 multimap 多重映射容器。
哈希容器（无序关联式容器）	哈希容器中的元素是未排序的，元素的位置由哈希函数确定。	C++ 11 新加入 4 种关联式容器，分别是 unordered_set 哈希集合、unordered_multiset 哈希多重集合、unordered_map 哈希映射以及 unordered_multimap 哈希多重映射。

【 2. 迭代器】

简单来讲，迭代器和 C++ 的指针非常类似，它可以是需要的任意类型，通过迭代器可以指向容器中的某个元素，如果需要，还可以对该元素进行读/写操作。
详见：【C++ STL迭代器】iterator

【 3. 适配器】

我们所说的这个“适配器”，和生活中常见的电源适配器中“适配器”的含义非常接近。我们知道，无论是电脑、手机还是其它电器，充电时都无法直接使用 220V 的交流电，为了方便用户使用，各个电器厂商都会提供一个适用于自己产品的电源线，它可以将 220V 的交流电转换成适合电器使用的低压直流电。
从用户的角度看，电源线扮演的角色就是将原本不适用的交流电变得适用，因此其又被称为电源适配器。

再举一个例子，假设一个代码模块 A，它的构成如下所示：
class A{
public:void f1(){}void f2(){}void f3(){}void f4(){}
};
现在我们需要设计一个模板 B，但发现，其实只需要组合一下模块 A 中的 f1()、f2()、f3()，就可以实现模板 B 需要的功能。其中 f1() 单独使用即可，而 f2() 和 f3() 需要组合起来使用，如下所示：
class B
{
private:A * a;
public:void g1(){a->f1();}void g2(){a->f2();a->f3();}
};
可以看到，就如同是电源适配器将不适用的交流电变得适用一样，模板 B 将不适合直接拿来用的模板 A 变得适用了，因此我们可以 将模板 B 称为 B 适配器。

容器适配器也是同样的道理，简单的理解 容器适配器，其就是将不适用的序列式容器（包括 vector、deque 和 list）变得适用。容器适配器的底层实现和模板 A、B 的关系是完全相同的，即通过封装某个序列式容器，并重新组合该容器中包含的成员函数，使其满足某些特定场景的需要。
容器适配器本质上还是容器，只不过此容器模板类的实现，利用了大量其它基础容器模板类中已经写好的成员函数。当然，如果必要的话，容器适配器中也可以自创新的成员函数。
需要注意的是，STL 中的 容器适配器内部使用的基础容器并不是固定的，用户可以在满足特定条件的多个基础容器中自由选择。
STL 提供了 3 种容器适配器，分别为 stack 栈适配器、queue 队列适配器以及 priority_queue 优先权队列适配器。其中，各适配器所使用的默认基础容器以及可供用户选择的基础容器，如表所示。

容器适配器	基础容器筛选条件基础容器需包含以下成员函数：	满足条件的基础容器	默认使用的基础容器
stack	empty() size() back() push_back() pop_back()	vector、deque、list。	deque
queue	empty() size() front() back() push_back() pop_front()	deque、list。	deque
priority_queue	empty() size() front() push_back() pop_back()	vector、deque。	vector