C++ STL 的简单介绍

最新推荐文章于 2025-12-16 21:19:17 发布

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#c++ #数据结构

本文深入浅出地介绍了C++标准模板库(STL)，涵盖了容器、迭代器的基本概念及分类，详细解析了顺序容器、关联容器和容器适配器的特点与操作，以及迭代器的定义、使用方法和功能分类。

C++ STL 的简单介绍

本篇文章内容基本来源于C语言中文网，根据其内容进行简化，留作自我复习使用。

一、总体概念

C++ 的标准模板库（Standard Template Library）是泛型程序设计最成功应用的实例。STL是一些常用数据结构和算法的模板的集合。

二、STL容器（container）

1 . 基本概念

容器用于存放数据的类模板。
将容器类模板实例化为容器类时，应指明容器中存放的元素是什么类型。
容器中可存放基本类型的变量，也可存放对象。

2 . 分类

顺序容器

特点：容器内的元素不是排序的。将元素插入容器时，指定在什么位置（尾部、头部或中间某处）插入，元素就会位于什么位置。
举例：动态数组vector、双向队列deque、单链表forward_list、双链表list

关联容器

特点：容器内的元素是排序的。默认情况下，关联容器中的元素是从小到大排序（或按关键字从小到大排序）的，而且用<运算符比较元素或关键字大小。
举例：集合set、映射map、可有重复元素的集合multiset、可有多个元素关键字相同的映射multimap

容器适配器（也简称容器）

来源：它们都是在顺序容器的基础上实现的，屏蔽了顺序容器的一部分功能，突出或增加了另外一些功能。
举例：栈stack、队列queue、优先队列priority_queue

3.相关操作

运算符操作

任何两个容器对象，只要它们的类型相同，就可以用 <、<=、>、>=、==、!=进行词典式的比较运算。

成员函数

所有容器都有以下两个成员函数：

size()：返回容器对象中元素的个数。（返回值为 int 型）
empty()：判断容器对象是否为空。（返回值为 bool 型）

顺序容器和关联容器还有以下成员函数：

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下一个位置的迭代器。
rbegin()：返回指向容器中最后一个元素的反向迭代器。
rend()：返回指向容器中第一个元素前一个位置的反向迭代器。
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。

注：如果一个容器是空的，则 begin()和 end()的返回值相等，rbegin()和rend()的返回值也相等。

顺序容器还有以下常用成员函数：

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。
insert(...)：插入一个或多个元素。

三、STL迭代器（iterator）

1 . 基本概念

通过迭代器（iterator）访问顺序容器和关联容器中的元素。
迭代器是一个变量，相当于容器和操纵容器的算法之间的中介。
迭代器可以指向容器中的某个元素，通过迭代器就可以读写它指向的元素。从这一点上看，迭代器和指针类似。

2 . 定义方法（按定义分类）

正向迭代器 ：容器类名::iterator 迭代器名;
常量正向迭代器：容器类名::const_iterator 迭代器名;
反向迭代器 ：容器类名::reverse_iterator 迭代器名;
常量反向迭代器：容器类名::const_reverse_iterator 迭代器名;

3 . 使用方法

通过迭代器可以读取它指向的元素，*迭代器名就表示迭代器指向的元素。
通过非常量迭代器还能修改其指向的元素。

程序示例：

#include <bits/stdc++.h>
using namespace std;
int main(){
    vector<int> v;  //定义一个动态数组 v
    for(int i=0;i<5;i++){
        v.push_back(i);
    }
    vector<int>::iterator X;  //定义一个 vector 的迭代器 X
    for(X=v.begin();X!=v.end();++X){
        cout<<*X<<endl;
    }
    return 0;
}

使用注意事项：

对正向迭代器进行++操作时，迭代器会指向容器中的后一个元素；
对反向迭代器进行++操作时，迭代器会指向容器中的前一个元素。
写++X比写X++的执行速度更快。
容器适配器stack、queue和priority_queue没有迭代器。容器适配器有一些成员函数，可以用来对元素进行访问。

4 . 迭代器按功能分类

不同容器的迭代器，其功能强弱有所不同。容器的迭代器的功能强弱，决定了该容器是否支持 STL 中的某种算法。

正向迭代器：支持以下操作：++p，p++，*p。
双向迭代器：具有正向迭代器的全部功能。除此之外，若X是一个双向迭代器，则--X和X--都是有定义的。--X使得 X朝和++X相反的方向移动。
随机访问迭代器：随机访问迭代器具有双向迭代器的全部功能。还支持这些操作：

p+=i：使得 p 往后移动 i 个元素；
p-=i：使得 p 往前移动 i 个元素；
p+i：返回 p 后面第 i 个元素的迭代器；
p-i：返回 p 前面第 i 个元素的迭代器；
p[i]：返回 p 后面第 i 个元素的引用。

容器	迭代器功能
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

5 . 迭代器的辅助函数

使用时应包含头文件<algorithm>

advance(p, n)：使迭代器 p 向前或向后移动 n 个元素。
distance(p, q)：计算两个迭代器之间的距离，即迭代器 p 经过多少次 + + 操作后和迭代器 q 相等。（如果调用时 p 已经指向 q 的后面，则这个函数会陷入死循环）
iter_swap(p, q)：用于交换两个迭代器 p、q 指向的值。