C++标准模板库理解及总结(STL,Standard Template Library)

C++标准模板库STL

STL介绍(Standard Template Library)

  • C++中的STL实现了数据结构和算法的分离,被包括在C++标准库(C++ Standard Library)中。
  • STL主要实现了对常用的基本数据结构和基本算法进行类封装,我们通过创建这些数据对象、调用数据对象用到的方法,简化开发流程。

STL组成部分简介

  • 容器(Container):一些封装的数据结构,例如list、deques、vector、front list等
  • 迭代器(Iterator):为访问容器中的数据而写的一些方法。
  • 算法(Algorithm):为处理容器中的数据而写的一些方法。
  • 仿函数(Functor):实现了函数功能的类。(本质是一个类,里面只实现算法(函数)功能,调用时看着像使用函数,但使用的是类创建对象里面的方法)
  • 适配器(Adaptor):类和类之间转换、合作时,由于代码不兼容,因此需要另一些类代码完成中间转换、合作的“手续”事宜。这些因为克服STL中类代码合作、转换的代码封装称为适配器。
  • 分配器(Allocator):给数据分配内存一些代码。

STL各组成部分详解

  • 容器(Container)
    1.序列式容器(Sequence Container):每个数据都有自己固定的位置,这些位置与数据值无关。
    (1)Vector:数组形式保存数据,单向数组结构。在Vector中,数组的尾部添加和删除数据快速,但在中部和首部插入数据比较费时。
    (2)Deque:数组形式保存数据,双向数组结构,在Deque中,数组的头部和尾部添加和删除数据快速,在中部插入数据比较费时。
    (3)List:双向链表结构,添加删除数据都非常快,修改指针即可。
    2.关联式容器(Associated Container):每个数据的位置不固定,数据的排列方式和数据的值以及这组其他数据值有关。(存在关联)
    (1)Set/Multiset:内部数据根据其值自动排序,内部由二叉树实现查找。Set中所有值仅出现一次,不存在重复的值;Multiset中可以有多个数值相同的数据。
    (2)Map/Multimap:内部数据根据其值自动排序,内部由二叉树实现查找。Map中键值和实值一一对应,键值和实值都不能重复出现;Multimap中键值和实值也是一一对应,但可以重复出现相同的键值实值对。

  • 迭代器(Itaerator)
    迭代器是C++标准模板库中提供访问容器的方法,覆盖了原有的下标访问方式,但少数容器的访问(如vector)仍然采用下标方式访问。

  • 算法
    (1)算法是封装数据操作的一些方法,C++ STL中的算法主要由algorithm、numeric、functional组成。
    a、algorithm:是STL中最大的一个头文件,包含常用的容器操作,如查找、排序、交换、遍历、复制、替换等操作。
    b、numeric:体积很小,就是几个用于数值计算的模板函数。
    c、functional:定义了一些模板类,用来声明函数对象。‘
    ’(2)STL中算法分类
    a、查找算法
    adjacent_find: 在iterator对标识元素范围内,查找一对相邻重复元素,找到则返回指向这对元素的第一个元素的 ForwardIterator。否则返回last。重载版本使用输入的二元操作符代替相等的判断。
    binary_search: 在有序序列中查找value,找到返回true。重载的版本实用指定的比较函数对象或函数指针来判断相等。
    count: 利用等于操作符,把标志范围内的元素与输入值比较,返回相等元素个数。
    count_if:利用输入的操作符,对标志范围内的元素进行操作,返回结果为true的个数。
    equal_range: 功能类似equal,返回一对iterator,第一个表示lower_bound,第二个表示upper_bound。
    find: 利用底层元素的等于操作符,对指定范围内的元素与输入值进行比较。当匹配时,结束搜索,返回该元素的一个InputIterator。
    find_end: 在指定范围内查找"由输入的另外一对iterator标志的第二个序列"的最后一次出现。找到则返回最后一对的第一 个ForwardIterator,否则返回输入的"另外一对"的第一个ForwardIterator。重载版本使用用户输入的操作符代替等于操作。
    find_first_of: 在指定范围内查找"由输入的另外一对iterator标志的第二个序列"中任意一个元素的第一次出现。重载版本中使 用了用户自定义操作符。
    find_if:使用输入的函数代替等于操作符执行find。
    lower_bound: 返回一个ForwardIterator,指向在有序序列范围内的可以插入指定值而不破坏容器顺序的第一个位置。重载函 数使用自定义比较操作。
    upper_bound: 返回一个ForwardIterator,指向在有序序列范围内插入value而不破坏容器顺序的最后一个位置,该位置标志 一个大于value的值。重载函数使用自定义比较操作。
    search: 给出两个范围,返回一个ForwardIterator,查找成功指向第一个范围内第一次出现子序列(第二个范围)的位置,查找失败指向last1。重载版本使用自定义的比较操作。
    search_n: 在指定范围内查找val出现n次的子序列。重载版本使用自定义的比较操作。
    b、排序和通用算法
    inplace_merge:合并两个有序序列,结果序列覆盖两端范围。重载版本使用输入的操作进行排序。
    merge:合并两个有序序列,存放到另一个序列。重载版本使用自定义的比较。
    nth_element:将范围内的序列重新排序,使所有小于第n个元素的元素都出现在它前面,而大于它的都出现在后面。重载版本使用自定义的比较操作。
    partial_sort:对序列做部分排序,被排序元素个数正好可以被放到范围内。重载版本使用自定义的比较操作。
    partial_sort_copy: 与partial_sort类似,不过将经过排序的序列复制到另一个容器。
    partition:对指定范围内元素重新排序,使用输入的函数,把结果为true的元素放在结果为false的元素之前。
    random_shuffle: 对指定范围内的元素随机调整次序。重载版本输入一个随机数产生操作。
    reverse: 将指定范围内元素重新反序排序。
    reverse_copy:与reverse类似,不过将结果写入另一个容器。
    rotate:将指定范围内元素移到容器末尾,由middle指向的元素成为容器第一个元素。
    rotate_copy: 与rotate类似,不过将结果写入另一个容器。
    sort: 以升序重新排列指定范围内的元素。重载版本使用自定义的比较操作。
    stable_sort:与sort类似,不过保留相等元素之间的顺序关系。
    stable_partition:与partition类似,不过不保证保留容器中的相对顺序。
    c、删除和替换算法
    copy: 复制序列
    copy_backward: 与copy相同,不过元素是以相反顺序被拷贝。
    iter_swap:交换两个ForwardIterator的值。
    remove: 删除指定范围内所有等于指定元素的元素。注意,该函数不是真正删除函数。内置函数不适合使用remove和 remove_if函数。
    remove_copy: 将所有不匹配元素复制到一个制定容器,返回OutputIterator指向被拷贝的末元素的下一个位置。
    remove_if: 删除指定范围内输入操作结果为true的所有元素。
    remove_copy_if: 将所有不匹配元素拷贝到一个指定容器。
    replace: 将指定范围内所有等于vold的元素都用vnew代替。
    replace_copy:与replace类似,不过将结果写入另一个容器。
    replace_if: 将指定范围内所有操作结果为true的元素用新值代替。
    replace_copy_if: 与replace_if,不过将结果写入另一个容器。
    swap:交换存储在两个对象中的值。
    swap_range: 将指定范围内的元素与另一个序列元素值进行交换。
    unique: 清除序列中重复元素,和remove类似,它也不能真正删除元素。重载版本使用自定义比较操作。
    unique_copy: 与unique类似,不过把结果输出到另一个容器。
    d、排列组合算法
    next_permutation: 取出当前范围内的排列,并重新排序为下一个排列。重载版本使用自定义的比较操作。
    prev_permutation: 取出指定范围内的序列并将它重新排序为上一个序列。如果不存在上一个序列则返回false。重载版本使用 自定义的比较操作。
    e、算术算法
    accumulate: iterator对标识的序列段元素之和,加到一个由val指定的初始值上。重载版本不再做加法,而是传进来的二元操作符被应用到元素上。
    partial_sum:创建一个新序列,其中每个元素值代表指定范围内该位置前所有元素之和。重载版本使用自定义操作代替加法。
    inner_product :对两个序列做内积(对应元素相乘,再求和)并将内积加到一个输入的初始值上。重载版本使用用户定义的操作。
    adjacent_difference: 创建一个新序列,新序列中每个新值代表当前元素与上一个元素的差。重载版本用指定二元操作计算相邻元素的差。
    f、生成和异变算法
    fill: 将输入值赋给标志范围内的所有元素。
    fill_n:将输入值赋给first到first+n范围内的所有元素。
    for_each:用指定函数依次对指定范围内所有元素进行迭代访问,返回所指定的函数类型。该函数不得修改序列中的元素。
    generate: 连续调用输入的函数来填充指定的范围。
    generate_n: 与generate函数类似,填充从指定iterator开始的n个元素。
    transform: 将输入的操作作用与指定范围内的每个元素,并产生一个新的序列。重载版本将操作作用在一对元素上,另外一个元素来自输入的另外一个序列。结果输出到指定容器。
    g、关系算法
    equal: 如果两个序列在标志范围内元素都相等,返回true。重载版本使用输入的操作符代替默认的等于操作符。
    includes:判断第一个指定范围内的所有元素是否都被第二个范围包含,使用底层元素的<操作符,成功返回true。重载版本使用用户输入的函数。
    lexicographical_compare: 比较两个序列。重载版本使用用户自定义比较操作。
    max: 返回两个元素中较大一个。重载版本使用自定义比较操作。
    max_element:返回一个ForwardIterator,指出序列中最大的元素。重载版本使用自定义比较操作。
    min:返回两个元素中较小一个。重载版本使用自定义比较操作。
    min_element:返回一个ForwardIterator,指出序列中最小的元素。重载版本使用自定义比较操作。
    mismatch:并行比较两个序列,指出第一个不匹配的位置,返回一对iterator,标志第一个不匹配元素位置。如果都匹配,返回每个容器的last。重载版本使用自定义的比较操作。
    g、集合算法
    set_union:构造一个有序序列,包含两个序列中所有的不重复元素。重载版本使用自定义的比较操作。
    set_intersection: 构造一个有序序列,其中元素在两个序列中都存在。重载版本使用自定义的比较操作。
    set_difference:构造一个有序序列,该序列仅保留第一个序列中存在的而第二个中不存在的元素。重载版本使用自定义的比较操作。
    set_symmetric_difference: 构造一个有序序列,该序列取两个序列的对称差集(并集-交集)。
    h、堆算法
    make_heap: 把指定范围内的元素生成一个堆。重载版本使用自定义比较操作。
    pop_heap: 并不真正把最大元素从堆中弹出,而是重新排序堆。它把first和last-1交换,然后重新生成一个堆。可使用容器的back来访问被"弹出"的元素或者使用pop_back进行真正的删除。重载版本使用自定义的比较操作。
    push_heap: 假设first到last-1是一个有效堆,要被加入到堆的元素存放在位置last-1,重新生成堆。在指向该函数前,必须先把 元素插入容器后。重载版本使用指定的比较操作。
    sort_heap: 对指定范围内的序列重新排序,它假设该序列是个有序堆。重载版本使用自定义比较操作。

  • 仿函数
    要使用STL内建的仿函数,必须包含头文件。而头文件中包含的仿函数分类包括:
    (1)算术类仿函数
    加:plus
    减:minus
    乘:multiplies
    除:divides
    模取:modulus
    否定:negate
    (2)关系运算类仿函数
    等于:equal_to
    不等于:not_equal_to
    大于:greater
    大于等于:greater_equal
    小于:less
    小于等于:less_equal
    (3)逻辑运算仿函数
    逻辑与:logical_and
    逻辑或:logical_or
    逻辑否:logical_no

  • 适配器

标准库提供了三种顺序容器适配器:queue(FIFO队列)、priority_queue(优先级队列)、stack(栈)。

要使用适配器,需要加入一下头文件:
#include //stack
#include //queue、priority_queue

种类默认顺序容器可用顺序容器说明
stackdequevector、list、deque
queuedequelist、deque基础容器必须提供push_front()运算
priority_queuevectorvector、deque基础容器必须提供随机访问功能
  • 分配器
    创建容器时,STL自动分配储存空间,不需要自行再写

详细STL代码使用请参考:

C++中STL用法超详细总结


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