C++ - STL

最新推荐文章于 2025-07-25 14:49:22 发布

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#STL #迭代器 #容器 #仿函数 #适配器

STL概念

STL是C++标准库最重要的组成部分，STL即标准模板库，不仅是一个可复用的组件库，而且是一个包罗算法和数据结构的软件框架。

STL的六大组件

容器 - 一些数据结构
迭代器
空间配置器
适配器
算法
仿函数

以算法和容器为核心。

容器

什么是容器

容器是用来存放数据的，因为现实中我们考虑到不同的应用场景，所以需要最合适的容器来存放数据。

常见的数据结构：array、list、tree、stack、queue、hash table、map、set等，因此STL中的容器便是对各种不同数据结构的封装。

分类

根据数据在容器中的排序特性，容器分为序列式容器和关联式容器。

序列式容器：序列式容器中的元素次序：即是按照其加入容器中的先后次序，不一定有序，典型的就像vector，list

关联式容器：关联式容器中存放的是一个一个的键值对。键值对其实是一个结构体，该结构体中有两个字段，一个为key，一个为value，key和 value具有一一对应的关系。因此关联式容器中实际存放的是键值对的结构体。典型的就像 avl树

适配器

什么是适配器

适配器也是一种设计模式，这种模式是将一个类的接口转换成用户希望的另外一个接口。可以理解为将一个已经实现的类的结构包装为我们当前所需要的结构，就达到了适配的目的。

有以下三种

容器适配器，比如stack和queue就是对 deque的接口进行了转调；
迭代器适配器，比如反向迭代器就是对迭代器的接口进行了转调；
应用于仿函数的即函数适配器

栈和队列都是特殊的数据结构，因为要在特殊的位置进行插入和删除。

deque是双端队列，弥补了vector删除和插入时间复杂度大还有扩容的不足，同时也弥补了不能随机访问的缺点。

以上截图来源于cplusplus

迭代器

概念

迭代器是一种抽象的设计概念，是设计模式的一种，其定义如下：提供一种方法，使之能够依次寻访某个容器中所包含的所有元素，而又无需暴露该容器底层的结构。

STL设计的中心思想在于：将数据容器和算法分离开，彼此独立设计，算法要操作容器中的元素时，通过迭代器去访问即可。因此，算法不需要去关心所操作数据底层的结构，只要能够按照迭代器去寻访到所需的数据即可，实现其通用性。

//现有一顺序表 vector<int> v，利用迭代器遍历顺序表的方法如下
vector<int>::iterator it = v.begin();
while(it != v.end())
{
    cout<<*it<<endl;
    ++it;
}

//现有一链表 list<int> l,利用迭代器遍历链表的方法如下
list<int>::iterator l = l.begin();
while(it != l.end())
{
    cout<<*it<<endl;
    ++it;
}

观察上述两个代码，遍历不同的数据结构，但是用了几乎一模一样的代码去完成的，其实顺序表的迭代器就是一个原生的指针，在完成解引用和++操作，链表的迭代器就是一个函数调用，当你解引用时，他会调用函数返回链表节点的data，当你++时，他会调用函数返回当前节点的next，这就是迭代器的优点，他并不把底层的实现告诉你，你只管使用就好了，这样做也降低了学习成本，更是体现了封装性。

仿函数

什么是仿函数

仿函数：又叫函数对象，一种行为类似函数的对象，调用者可以向函数一样使用该对象。其实现起来也比较简单：用户只需要实现一种新类型，在类中重载()即可，参数根据用户所要进行的操作选择匹配。

下面以冒泡排序举例

#include <iostream>
using namespace std;

template<class T>
class Less
{
public:
    bool operator()(const T& left,const T& right)
    {
        return left < right;
    }
};

template<class T>
class Greater
{
public:
    bool operator()(const T& left,const T& right)
    {
        return left > right;
    }
};

template<class T,class Com>
void BubbleSort(T* array,size_t size,Com Compare)
{
    for(size_t i = 0; i < size - 1; ++i)
    {
        bool flag = false;
        for(size_t j = 0; j < size - i - 1; ++j)
        {
            if(Compare(array[j],array[j+1]))
            {
                swap(array[j],array[j+1]);
                flag = true;
            }
        }
        if(flag == false)
            return;
    }
}

void PrintArr(int* array,size_t size)
{
    for(size_t i = 0; i < size; ++i)
    {
        cout<<array[i]<<" ";
    }
    cout<<endl;
}

int main()
{
    int arr[] = {5,4,6,3,9,1,2,5,8,0};
    BubbleSort<int>(arr,sizeof(arr)/sizeof(arr[0]),Less<int>());
    PrintArr(arr,sizeof(arr)/sizeof(arr[0]));
    BubbleSort<int>(arr,sizeof(arr)/sizeof(arr[0]),Greater<int>());
    PrintArr(arr,sizeof(arr)/sizeof(arr[0]));
    return 0;
}

这时候的排序结果会根据所传入的函数进行排序。

算法

什么是算法

算法是以有限的步骤，解决数学或逻辑中的问题。算法只关心操作的步骤，与数据的结构没有任何的关系，而且STL在设计时就有一个目标，就是算法可复用，效率要尽可能的高。STL中收录了极具复用价值的70多个算法，包括：排序，查找，排列组合，数据移动，拷贝，删除，比较组合，运算等。

举一个用sort算法排序的例子

#include <iostream>
using namespace std;
#include <algorithm>
#include <vector>

void PrintVector(vector<int> v)
{
    vector<int>::iterator it = v.begin();
    while(it != v.end())
    {
        cout<<*it<<" ";
        ++it;
    }
    cout<<endl;
}

void test_sort()
{
    vector<int> v;
    for(size_t i = 0; i < 50; ++i)
    {
        v.push_back(rand()%100);
    }
    cout<<"before sort"<<endl;
    PrintVector(v);
    sort(v.begin(),v.end(),less<int>());
    cout<<"after sort"<<endl;
    PrintVector(v);
}

int main()
{
    srand((unsigned)time(NULL));
    test_sort();
    return 0;
}