21天学通C++（九）学习标准模板库1

最新推荐文章于 2024-09-26 16:07:04 发布

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分类专栏： 21天学通C++ 文章标签： c++ 学习开发语言

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本文详细介绍了C++标准模板库(STL)的核心组成部分，包括容器（顺序和关联）、迭代器的不同类型以及常用的STL算法。它强调了如何根据需求选择合适的容器，并提到了STL字符串类如std::string和std::wstring的应用。

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标准模板库简介

简单地说，标准模板库（STL）是一组模板类和函数，向程序员提供了：

用于存储信息的容器；
用于访问容器存储的信息的迭代器；
用于操作容器内容的算法。

1.1 STL容器

容器是用于存储数据的STL类，STL提供了两种类型的容器类：

顺序容器；
关联容器。

另外，STL还提供了被称为容器适配器（Container Adapter）的类，它们是顺序容器和关联容器的变种，包含的功能有限，用于满足特殊的需求。

1.1.1 顺序容器

顾名思义，顺序容器按顺序存储数据，如数组和列表。顺序容器具有插入速度快但查找操作相对较慢的特征。

顺序容器如下所示。

std::vector：操作与动态数组一样，在最后插入数据；
std::deque：与std::vector类型，但运行在开头插入或删除元素；
std::list：操作与双向链表一样。可将它视为链条，对象被连接在一起，可在任何位置添加或删除对象；
std::forward_list：类似于std::list，但是单向链表，只能沿一个方向遍历。

STL vector类与数组类似，允许随机访问元素，即可使用下标运算符([])指定元素在vector中的位置（索引），从而直接访问或操作元素。另外，STL vector是动态数组，因此能够根据应用程序在运行阶段的需求自动调整长度。为保留数组能够根据位置随机访问元素的特征，大多数STL vector实现都将所有元素存储在连续的存储单元中，因此需要调整长度的vector通常会降低应用程序的性能，这取决于它包含的对象类型。

可将STL list类视为普通链表的STL实现。虽然list中的元素不能像STL vector中的元素那样随机访问，但list可使用不连续的内存块组织元素，因此它不像std::vector那样需要给内部数组重新分配内存，进而导致内存问题。

1.1.2 关联容器

关联容器按指定的顺序存储数据，就像词典一样。这将降低插入数据的速度，但在查询方面有很大的优势。

STL提供的关联容器如下所示。

std::set：存储各不相同的值，在插入时进行排序；容器的复杂度为对数；
std::unordered_set：存储各不相同的值，在插入时进行排序；容器的复杂度为常数。这种容器是C++11新增的。
std::map：存储键-值对，并根据唯一的键排序；容器的复杂度为对数；
std::unordered_map：存储键-值对，并根据唯一的键排序；容器的复杂度为对数。这种容器是C++11新增的。
std::multiset：与set类似，但允许存储多个值相同的项，即值不需要是唯一的；
std::unordered_multiset：与unordered_set类似，但允许存储多个值相同的项，即值不需要是唯一的。这种容器是C++11新增的。
std::multimap：与map类型，但不要求键是唯一的。
std::unordered_multimap：与unordered_map类似，但不要求键是唯一的。这种容器是C++11新增的。

有些STL实现也支持关联容器hash_set, hash_multiset, hash_map和hash_multimap，它们与标准支持的unordered_*容器类型。在有些情况下，hash_*和unordered_*容器有更好的元素搜索性能，因为其元素访问时间为常量。

1.1.3 容器适配器

容器适配器是顺序容器和关联容器的变种，其功能有限，用于满足特定的需求。

主要的适配器类如下所示。

std::stack：以LIFO（后进先出）的方式存储元素，能够在栈顶插入和删除元素；
std::queue：以FIFO的方式存储元素，能够删除最先插入的元素；
std::priority_queue：以特定顺序存储元素，优先级最高的元素总是位于队列开头。

1.2 STL迭代器

最简单的迭代器是指针。给定一个指向数组中的第一个元素的指针，可递增该指针使其指向下一个元素，还可直接对当前位置的元素进行操作。

STL中的迭代器是模板类，从某种程度上说，它们是泛型指针。这些模板类让程序员能够对STL容器进行操作。注意，操作也可以是以模板函数的方式提供的STL算法，迭代器是一座桥梁，让这些模板函数能够以一致而无缝的方式处理容器，而容器是模板类。

STL提供的迭代器分两大类。

输入迭代器：通过对输入迭代器解除引用，它将引用对象，而对象可能位于集合中。最严格的输入迭代器确保只能以只读的方式访问对象。
输出迭代器：输出迭代器让程序员对集合执行写入操作。最严格的输出迭代器确保只能执行写入操作。

上述两种基本迭代可进一步分为三类。

前向迭代器：这是输入迭代器和输出迭代器的一种细化，它允许输入与输出。前向迭代器可以是 const 的，只能读取它指向的对象；也可以改变对象，即可读写对象。前向迭代器通常用于单向链表。
双向迭代器：这是前向迭代器的一种细化，可对其执行递减操作，从而向后移动。双向迭代器通常用于双向链表。
随机访问迭代器：这是对双向迭代器的一种细化，可将其加减一个偏移量，还可将两个迭代器相减以得到集合中两个元素的相对距离。随机访问迭代器通常用于数组。