C++篇——STL标准模板库概述

什么是标准模板库

• 标准模板库 (Standard Template Library) 就是一些常用数据结构和算法的模板的集合。

标准模板库有什么用?

• 标准模板库（Standard Template Library，STL），这是泛型程序设计最成功的应用实例。STL是一些常用数据结构（如链表、可变长数组、排序二叉树）和算法（如排序、查找）的模板的集合。有了STL，你就不必编写大多的、常用的数据结构和算法。即便不想用面向对象的程序设计方法编程，学习STL也是大有裨益的。

STL中的基本的概念

• 容器：可容纳各种数据类型的通用数据结构,是类模板
• 迭代器：可用于依次存取容器中元素，类似于指针

• 算法：用来操作容器中的元素的函数模板。（算法本身与他们操作的数据的类型无关，因此他们可以在从简单数组到

  高度复杂容器的任何数据结构上使用）

容器的概述

可以用于存放各种类型的数据（基本类型的变量，对象等）的数据结构，都是类模版,分为三种：

• 顺序容器

  vector, deque,list

• 关联容器

  set, multiset, map, multimap

• 容器适配器

  stack, queue, priority_queue

对象被插入容器中时，被插入的是对象的一个复制品。许多算法，比如排序，查找，要求对容器中的元素进行比较，有的容器本身就是排序的，所以，放入容器的对象所属的类，往往还应该重载 == 和 < 运算符。

1. 顺序容器的介绍： 容器并非排序的，元素的插入位置同元素的值无关。 有vector,deque,list 三种。

动态数组vector：

元素在内存连续存放。随机存取任何元素都能在常数时间完成。在尾端增删元素具有较佳的性能(大部分情况下是常数时间）。

双向队列deque：

元素在内存连续存放。随机存取任何元素都能在常数时间完成(但次于vector)。在两端增删元素具有较佳的性能(大部分情况下是常数时间）。

双向链表list

元素在内存不连续存放。在任何位置增删元素都能在常数时间完成。不支持随机存取。

1. 关联容器的介绍：元素是排序的 插入任何元素，都按相应的排序规则来确定其位置。在查找时具有非常好的性能，通常以平衡二叉树方式实现，插入和检索的时间都是 O(log(N))。

集合set/multiset：

set中不允许相同元素，multiset中允许存在相同的元素。

图map/multimap：

map与set的不同在于map中存放的元素有且仅有两个成员变量，一个名为 first ,另一个名为 second , map根据first值对元素进行从小到大排序，并可快速地根据first来检索元素。map同multimap的不同在于是否允许相同first值的元素。

1. 容器适配器：利用基本容器完成基本数据结构

   stack :

   栈。是项的有限序列，并满足序列中被删除、检索和修改的项只能是最近插入序列的项（栈顶的项）。后进先出。

   队列：

   插入只可以在尾部进行，删除、检索和修改只允许从头部进行。先进先出。

   优先级队列：

   最高优先级元素总是第一个出列。

顺序容器和关联容器中都有的成员函数

begin 返回指向容器中第一个元素的迭代器。

end 返回指向容器中最后一个元素后面的位置的迭代器。

rbegin 返回指向容器中最后一个元素的迭代器。

rend 返回指向容器中第一个元素前面的位置的迭代器。

erase 从容器中删除一个或几个元素。

clear 从容器中删除所有元素。

顺序容器的常用成员函数

front :返回容器中第一个元素的引用

back : 返回容器中最后一个元素的引用

push_back : 在容器末尾增加新元素

pop_back : 删除容器末尾的元素

erase :删除迭代器指向的元素(可能会使该迭代器失效），或删除一个区间，返回被删除元素后面的那个元素的迭代器

• 迭代器

  用于指向顺序容器和关联容器中的元素 迭代器用法和指针类似，有const 和非 const两种，通过迭代器可以读取它指向的元素，通过非const迭代器还能修改其指向的元素。

  迭代器的使用：

  定义一个容器类的迭代器的方法可以是：

  容器类名::iterator 变量名;

  或：

  容器类名::const_iterator 变量名;

  访问一个迭代器指向的元素：迭代器变量名

迭代器又分为双向迭代器和随机访问迭代器。

双向迭代器：

若p和p1都是双向迭代器，则可对p、p1可进行以下操作：

++p, p++ 使p指向容器中下一个元素

–p, p-- 使p指向容器中上一个元素

p 取p指向的元素

p = p1 赋值

p == p1 , p!= p1 判断是否相等、不等。

随机访问迭代器：

若p和p1都是随机访问迭代器，则可对p、p1可进行以下操作：

双向迭代器的所有操作

p += i 将p向后移动i个元素

p -= i 将p向向前移动i个元素

p + i 值为: 指向 p 后面的第i个元素的迭代器

p - i 值为: 指向 p 前面的第i个元素的迭代器

p[i] 值为: p后面的第i个元素的引用

p < p1, p <= p1, p > p1, p>= p1。

而各个容器支持的迭代器又各为不同：

vector 随机访问

deque 随机访问

list 双向

set/multiset 双向

map/multimap 双向

stack 不支持迭代器

queue 不支持迭代器

priority_queue 不支持迭代器

有的算法，例如sort，binary_search需要通过随机访问迭代器来访问容器中的元素，那么list以及关联容器就不支持该算法！

算法简介

• 算法就是一个个函数模板, 大多数在algorithm中定义
• STL中提供能在各种容器中通用的算法，比如查找，排序等
• 算法通过迭代器来操纵容器中的元素。许多算法可以对容器中的一个 局部区间进行操作，因此需要两个参数，一个是起始元素的迭代器 一个是终止元素的后面一个元素的迭代器。比如，排序和查找
• 有的算法返回一个迭代器。比如 find() 算法，在容器中查找一个元素并返回一个指向该元素的迭代器
• 算法可以处理容器，也可以处理普通数组

算法示例：find()

template<class InIt, class T>

InIt find(InIt first, InIt last, const T& val);

first 和 last 这两个参数都是容器的迭代器，它们给出了容器中的

查找区间起点和终点[first,last)。区间的起点是位于查找范围之中

的，而终点不是。find在[first,last)查找等于val的元素

用 == 运算符判断相等

函数返回值是一个迭代器。如果找到，则该迭代器指向被找到的元素。

如果找不到，则该迭代器等于last