C++八股文--STL详解

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#c++ #开发语言

于 2024-04-25 15:28:34 首次发布

STL六大组件

标准模板库（Standard Template LIbrary），是C++的一个软件库。STL提供了六大组件：

容器：各种数据结构，例如vector，list，deque，set，map等，是类模板
算法：各种常用算法，例如sort，search，copy，erase等，是函数模板
迭代器：容器算法耦合剂，泛型指针，类模板
仿函数：算法某种策略
适配器：修饰容器、迭代器或仿函数，例如queue，stack
配置器：空间配置、管理、释放，是类模板；STL每个容器都指定了缺省空间配置器alloc。

容器详解

定义：置物之所。主要运用数据结构实现，这些数据结构包含数组、链表、树、栈、队列、集合、映射表等。

分类：序列容器和关联容器。序列式容器强调值的排序，序列式容器中的每个元素均有固定的位置。关联式容器为二叉树结构，各元素之间没有严格的物理上的顺序关系。

vector：可变长动态单端数组。可以随时增删元素，内存空间连续，随机访问速度快。

deque：双端队列，首尾均可高效插入和删除，随机访问速度快，元素在内存中非连续存储

list：双向循环链表，内存空间不连续，不支持随机访问，对于任意位置的插入和删除都很快速，操作后指针、迭代器、引用都不会失效。

forward_list：单链表，只支持单向访问，在链表任何位置进行插入删除操作都很快速

array：C++11新增的容器，比vector效率高，大小固定，无法动态扩展或收缩，只允许访问和替换存储的元素，使用要在std命名空间内

算法详解

定义：问题之解。利用有限的步骤解决数学问题。

分类：质变算法、非质变算法、排序算法、数值算法。

<algorithm>：所有STL头文件中最大的一个（尽管它很好理解），它是由一大堆模版函数组成的，可以认为每个函数在很大程度上都是独立的，其中常用到的功能范围涉及到比较、交换、查找、遍历操作、复制、修改、移除、反转、排序、合并等等。

<numeric>：体积很小，只包括几个在序列上面进行简单数学运算的模板函数，包括加法和乘法在序列上的一些操作。

<functional>：定义了一些模板类，用以声明函数对象。

迭代器详解

定义：容器算法耦合剂。提供可以依序寻访某个容器的各个元素的方法，无需暴漏容器内部表示。迭代器种类如下图所示：

分类：

基本操作：*it：引用迭代器it，返回指向迭代器当前元素的引用；it++或++it：将迭代器it后移一位；it--或--it：将迭代器it前移一位；vector <int> :: iterator it 即声明了一个vector的迭代器it

仿函数详解

定义：是类似函数的对象，可以像函数一样被调用，接受参数并返回结果；也是一种类对象，重载函数调用运算符 operator()，通过重载该运算符，可以使得对象可以像函数一样被调用，并对传入的参数进行处理和操作；具有内部状态，可在多次调用之间保持状态信息，可在算法中存储额外信息，不仅仅是参数。

分类：

内建仿函数，算术类：加plus、减minus、乘multiplies、除divides、取模modulus，关系类：等于equal_to、不等于not_equal_to、大于等于greater_equal、小于less_equal，逻辑类：与logical_and、或logical_or、非logical_no，一元仿函数（Unary Functor）：接受一个参数，并对其进行操作，二元仿函数（Binary Functor）：接受两个参数，并对它们进行操作；

函数指针仿函数：一种将函数指针封装为函数对象的方式，以便可以像函数一样调用。它是由用户自定义的仿函数类，不属于STL提供的预定义函数对象。其中重载了函数调用运算符 operator() 来实现函数指针的调用。用户可以根据自己的需求定义一个函数指针仿函数，将特定的函数指针封装为函数对象，从而能够在算法中使用；

适配器仿函数：bind绑定函数对象的参数，function封装任意可调用对象（函数对象、函数指针、成员函数指针等），mem_fn将成员函数指针转换为函数对象，not1和not2对一元和二元谓词取反，logical_not对一元谓词取逻辑非，unary_negate和binary_negate对一元和二元谓词进行取反；

适配器详解

定义：设计模式，将一个类的接口转换为另一个类的接口，使得这两个类能够协同工作。

分类：

stack：一个先进后出即LIFO的容器，将一个底层容器封装成栈的接口，提供push()、pop()、top()等操作，内部默认使用deque作为其底层实现容器，不支持随机访问、只允许在栈顶添加/删除元素；

queue：一个先进先出即 FIFO 的容器，将一个底层容器封装成队列的接口，提供了push()、pop()、front()、back()等操作，内部默认使用deque作为其底层实现容器，只有队头和队尾可以被访问，不能有遍历行为

priority_queue：在正常队列的基础上加了优先级，保证每次的队首元素都是优先级最大的，即默认从大到小的排序，底层通过堆来实现。

空间配置器

定义：用于动态分配和管理内存的组件，在底层提供了对内存的分配和释放操作，被用于支持各种容器和算法的内存管理需求

分类：allocator：一个泛型的空间配置器类，用于分配和释放单个对象的内存。它通过allocate()函数分配内存，并通过deallocate()函数释放内存，使用new和delete运算符来完成内存的分配和释放；allocator_traits：一个辅助类模板，用于访问空间配置器的属性和行为，提供了一些模板特化和类型别名，以便在使用空间配置器时进行适当的配置<

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