C++入门教程：第六篇 - 标准模板库（STL）基础

最新推荐文章于 2025-05-04 14:30:26 发布

HYP_Coder

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文章标签： c++ 开发语言

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C++入门教程：第六篇 - 标准模板库（STL）基础

标准模板库（STL）是C++的一部分，它提供了一组通用的模板类和函数，帮助程序员快速编写高效、可靠的代码。STL主要包括容器、算法和迭代器三个组件，这些组件可以与模板机制结合使用，使得代码更加灵活和强大。本文将介绍STL的基本组成部分及其使用方法。

1. 容器

STL容器是用来存储数据的类模板。C++标准库提供了多种容器，每种容器都有其特定的用途和性能特点。

1.1 顺序容器

顺序容器按照插入顺序存储元素，支持快速访问和修改操作。常见的顺序容器包括vector、list和deque。

1.1.1 `vector`

vector是一个动态数组，它可以在运行时自动调整大小，支持随机访问和高效的末尾插入操作。

cpp

#include <iostream>
#include <vector>

using namespace std;

int main() {
    vector<int> numbers = {1, 2, 3, 4, 5};

    // 添加元素
    numbers.push_back(6);

    // 访问元素
    for (int i : numbers) {
        cout << i << " ";
    }
    cout << endl;

    return 0;
}

cpp

1.1.2 `list`

list是一个双向链表，它支持高效的插入和删除操作，但不支持随机访问。

cpp

#include <iostream>
#include <list>

using namespace std;

int main() {
    list<int> numbers = {1, 2, 3, 4, 5};

    // 添加元素
    numbers.push_back(6);
    numbers.push_front(0);

    // 访问元素
    for (int i : numbers) {
        cout << i << " ";
    }
    cout << endl;

    return 0;
}

cpp

1.1.3 `deque`

deque是一个双端队列，它支持在两端进行高效的插入和删除操作，适合需要频繁在两端操作的场景。

cpp

#include <iostream>
#include <deque>

using namespace std;

int main() {
    deque<int> numbers = {1, 2, 3, 4, 5};

    // 添加元素
    numbers.push_back(6);
    numbers.push_front(0);

    // 访问元素
    for (int i : numbers) {
        cout << i << " ";
    }
    cout << endl;

    return 0;
}

cpp

1.2 关联容器

关联容器用于存储键值对，并按照键的顺序进行排序。常见的关联容器包括set、map、multiset和multimap。

1.2.1 `set`

set是一个不允许重复元素的容器，自动按升序排列元素。

cpp

#include <iostream>
#include <set>

using namespace std;

int main() {
    set<int> numbers = {1, 2, 3, 4, 5};

    // 添加元素
    numbers.insert(6);

    // 访问元素
    for (int i : numbers) {
        cout << i << " ";
    }
    cout << endl;

    return 0;
}

cpp

1.2.2 `map`

map是一个存储键值对的容器，其中每个键都是唯一的，并且按键的升序排列。

cpp

#include <iostream>
#include <map>

using namespace std;

int main() {
    map<string, int> age = {{"Alice", 30}, {"Bob", 25}, {"Charlie", 35}};

    // 添加元素
    age["Diana"] = 28;

    // 访问元素
    for (const auto& pair : age) {
        cout << pair.first << ": " << pair.second << endl;
    }

    return 0;
}

cpp

1.2.3 `multiset` 和 `multimap`

multiset和multimap允许存储重复的元素和键值对，适用于需要处理重复数据的场景。

cpp

#include <iostream>
#include <set>
#include <map>

using namespace std;

int main() {
    multiset<int> numbers = {1, 2, 2, 3, 4, 4, 4, 5};

    // 添加元素
    numbers.insert(6);

    // 访问元素
    for (int i : numbers) {
        cout << i << " ";
    }
    cout << endl;

    multimap<string, int> age = {{"Alice", 30}, {"Bob", 25}, {"Alice", 28}};

    // 访问元素
    for (const auto& pair : age) {
        cout << pair.first << ": " << pair.second << endl;
    }

    return 0;
}

cpp

2. 算法

STL算法是一组用于操作容器中元素的模板函数，支持排序、查找、修改等操作。

2.1 常见算法

2.1.1 排序

sort算法可以对容器中的元素进行排序。

cpp

#include <iostream>
#include <vector>
#include <algorithm>

using namespace std;

int main() {
    vector<int> numbers = {5, 2, 9, 1, 5, 6};

    // 排序
    sort(numbers.begin(), numbers.end());

    // 访问元素
    for (int i : numbers) {
        cout << i << " ";
    }
    cout << endl;

    return 0;
}

cpp

2.1.2 查找

find算法用于在容器中查找特定元素。

cpp

#include <iostream>
#include <vector>
#include <algorithm>

using namespace std;

int main() {
    vector<int> numbers = {1, 2, 3, 4, 5};

    // 查找元素
    auto it = find(numbers.begin(), numbers.end(), 3);
    if (it != numbers.end()) {
        cout << "Element found: " << *it << endl;
    } else {
        cout << "Element not found" << endl;
    }

    return 0;
}

cpp

2.1.3 变换

transform算法用于对容器中的元素进行变换操作。

cpp

#include <iostream>
#include <vector>
#include <algorithm>

using namespace std;

int main() {
    vector<int> numbers = {1, 2, 3, 4, 5};
    vector<int> squares(numbers.size());

    // 变换操作：计算平方
    transform(numbers.begin(), numbers.end(), squares.begin(), [](int x) { return x * x; });

    // 访问变换后的元素
    for (int i : squares) {
        cout << i << " ";
    }
    cout << endl;

    return 0;
}

cpp

3. 迭代器

迭代器是用于遍历容器元素的对象，类似于指针，但提供了更强大的功能。STL中的迭代器支持不同类型的容器和算法。

3.1 迭代器的基本使用

3.1.1 普通迭代器

以下示例展示了如何使用迭代器遍历vector中的元素：

cpp

#include <iostream>
#include <vector>

using namespace std;

int main() {
    vector<int> numbers = {1, 2, 3, 4, 5};

    // 使用迭代器遍历元素
    for (auto it = numbers.begin(); it != numbers.end(); ++it) {
        cout << *it << " ";
    }
    cout << endl;

    return 0;
}

cpp

3.1.2 反向迭代器

反向迭代器用于从容器的末尾向前遍历元素。

cpp

#include <iostream>
#include <vector>

using namespace std;

int main() {
    vector<int> numbers = {1, 2, 3, 4, 5};

    // 使用反向迭代器遍历元素
    for (auto it = numbers.rbegin(); it != numbers.rend(); ++it) {
        cout << *it << " ";
    }
    cout << endl;

    return 0;
}

cpp