A modest STL tutorial

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原创最新推荐文章于 2026-02-25 00:13:03 发布 1.7k 阅读 AI 写同款· GEO 优化 ›

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-------大纲（Outline)-------

STL 包含由5大模块组成：容器（container）,迭加器（iterators）,算法（algorithms),函数对象(function objects),配置器(allocators).

Section1: Sample

分别用不同的例子简单描述上述5大组件(components).

Section2:Philosophy

解释STL框架的原理

Section3:Componets.

详细介绍5大组件（components）

Section4:Extending STL

介绍怎样自己定义STL 模板

Example

大多数情况下我们需要一个类似数组(array)的能自动分配空间的类型，STL 有个vector ，下面举例说明vector怎样工作的，

将一组interger 类型的数据进行排序(sort),并打印(print)

version1: Standart C++

#include <stdlib.h>

#include <iostream.h>

// a and b point to integers.  cmp returns -1 if a is less than b,

// 0 if they are equal, and 1 if a is greater than b.

inline int cmp(const void *a,const void *b)

{

int aa=*(int *)a;

int bb=*(int *)b;

return (aa<bb)? –1: (aa>bb)?1 : 0;

}

// Read a list of integers from stdin

// Sort (c library qsort)

// Print the list

void main(int argc,char *argv[])

   const int size=1000; //array of 1000 integers

   int array[size];

   int n=0;

   //read an integer into the n+1 the element of array

   while(cin>>array[n++]);

   n--; //it got incremented once too many times

   qsort(array,n,sizeof(int),cmp);

   for(int i=0; i<n;i++)

      count<<array[i]<<”/n”;

Version2: containers ,iterators, algorithms

STL提供了大量能够包含其他对象的容器类(container)，vector 就是其中一种，他类似于数组(array),能够需要自增长度，比如它的一个操作(operation) push_pack,将元素(element)加在vector(向量)的末尾，长度加1。

Vector 是一种sequence container,支持随机访问元素，常量时间内在尾端安插和移除元素，以及线性时间内在开头，中间处安插或移除元素.vector 的元素个数能够动态变更，其内存管理行为完全自动.【Generic Programming and the STL】

Vector 的大小(size，其所包含的元素个数)与容量(capacity,其内存所容纳的元素个数)之间有重要的区别.


 
 
 所以，你可以用STL sort实现来替代上例的qsort实现，STL提供很多算法(algorithms), sort 是通用的，它可以在不同类型的容器(containers)中工作，因为它不是直接依赖容器(container)而是迭代器(iterators).

Preview of iterators

在后面我们详细介绍iterators, 它为容器提供了一种元素的位置指针服务，iterator 可以增加也可以减少，而且可以比较，这种特殊迭代器我们把它叫做”past-the-end”;

可以通过iterator 指向vector 的开始(begin)和结尾(end).

Vector<int> v;

//add some integers to v

vector::iterator i1=v.begin();

vector::iterator i2=v.end();

排序(sort) 就是在两个iterators 指定的范围(rang)操作，比如通过增加i1(i1++),只要小于iT2,注意，它是一个semi-open rang 半闭环区

例子：

#include <string.h>

#include <algo.h>

#include <vector.h>

#include <stdlib.h>

#include <iostream.h>

void main()

{

vector<int> v;

int input;

while(cin>>input) //while not end of file ENTER key

v.push_back(input);

    // sort takes two random iterators, and sorts the elements between

   // them.  As is always the case in STL, this includes the value

   // referred to by first but not the one referred to by last; indeed,

   // this is often the past-the-end value, and is therefore not

   // dereferenceable.

sort(v.begin(),v.end());

int n=v.size();

for(int I=0;I<n;I++)

cout<<v[I]<<”/n”;

}

Incidentally,sort 比 qsort 实现的速度要快！

Version 3: 迭代器配接器（iterator adaptors）

STL 事先定义的iterator大多数能迭代于container元素之中，但这并非必要条件，iterator的概念极为一般性，他们可用来表现“以任何次序安排“的数值（而非只是container中已排序好的数值）身上的迭代动作，STL 的stream iterators,就是基于C++ 的stream I/O Library实现输入与输出动作的。

STL 提供了一个配置器(adaptors),他能够实现将每个接口转换成另一种接口。Istream_iterator 其实就是一个有用的adaptor,它是一个template type,我们可以参数化想要处理的流(stream),比如 integers: 可以用 istream_iteraotr<int>. 一旦stream 结束，istream_iterator 便有一个特别的”stream 结束值”,此值就是 past-the-end iterator.

Istream_interator<int>(cin) 动作示意图：

为了讲标准输入的元素读入到一个vector中，我们需要用到copy算法(algorithm),copy包含3个iterators,第一和第二个指定(specify)源区间(source rang),第三个指定目标(destination):

int main()

{

vector <int > V;

copy(istream_iterator<int> (cin),istream_iterator<int>(), back_inserter(V));

}

也可以用：

typedef istream_iterator<int> istream_iterator_int;

algorthm 可以改成

copy(istream_iterator_int(cin),istream_iterator_int(),v.begin());

NOTE:有一个小问题就是如果第三个参数用v.begin(),假设，v没有足够的空间来存取所有的元素，这时 iterator 讲破坏past-the-end iterator 规则，引起错误。因为copy没有办法将新元素插入V中，其实是一种覆盖(overwrite)操作，就是讲新赋值于V既有的元素上，而不是插入新的元素，要实现插入新元素，就必须调用V的member function.其实我们用insertion操作来替代overwriting,利用另外一个adaptor做这些，back_insert_iterator,

它包含一个参数表示你要插入的对象类型:

back_insert_interator(v)动作示意图：

所以一个input动作可以描述：

typedef istream_iterator<int,ptrdiff_t> istream_iterator_int;

vector<int> v;

istream_iterator_int start (cin);

istream_iteratro_int end;

back_insert_iterator<vector<int>>dest (v);

copy(start,end,dest);

同样，输出动作也可以用copy algorithm;

copy(v.begin(),v.end(),ostream_iterator<int>(cout,”/n”);

ostream_iterator 是另外一个提供输出功能的adaptor,constructor包含两个实参；第二个参数是字符串，用于每个元素打印之后被打印

例：

#include <string.h>

#include <algo.h>

#include <vector.h>

#include <stdlib.h>

#include<iostream.h>

void main()

{

vector<int>v;

istream_iterator<int,ptrdiff_t> start (cin);

istream_iterator<int,ptrdiff_t> end;

back_insert_iterator<vector<int> >dest (v);

copy(start,end, dest);

sort(v.begin(),v.end());

copy(v.begin(),v.end(),ostream_iterator<int>(cout,”/n”));
}

结论：

在STL算法(algorithms)依赖于一个区间的概念(Rangs),它是贯穿了整个容器组件(container).这样，一般容器(container)都一个了一些基于区间的操作，比如，STL有个count algorithms,它用于计算[ first, last 区间与value相等的元素的个数。

template <class InputIterator, class T, class Size>

void count (InputIterator start, InputIterator end, const T& value, Size& n);

在区间内符合*I==value,的iterator的个数加入n中

所以必须要产生一个局部变量n,并讲它初始化0；

C++ Standart[ISO98]版中，提供了另外一种简单的实现

template<class InputIterator,class EqualityComparable>

typename iterator_traits<InputIterator>::difference_type

count(InputIterator first,InputIterator last,const EqualityComparable& value);

Section2:原理 (Philosophy)

STL编程我们讲它称为泛型编程(generic programming)，它提供使得尽可能满足一般的参数类型的一系列算法。

STL 组件：

Containers

容器就是能够用于包含其他对象，并且能够确定这些被包含对象的基本属性，而不依赖于具体的对象类型。

就是数据结构，例如:

vectors,lists,deques,sets,maps,multisets,mulitimaps,queues,stacks,and priority queues…

下图给出我们常用的一些容器的抽象层次(hierarchy)：

序列(Sequences)

Sequence 是一个大小可变的container,它不会以某种规定来排列元素，它必须具有两个member function insert 与erase,如果 s 是Sequence,而p是”指向s内的某个元素”的iterator,则 s.erase(p)会移除并释放改元素，s.insert(p,x)会产生一个新对象，此对象是x的一个副本，然后被安置于p所指元素之前，注意是之前而不是之后，因为iterator的range是非对称的，只有所谓”past-the-end”的元素，没有所谓”before-the-beginning”的元素，可以在s.begin()之前做插入动作，也可以在s.end()之后做插入动作，前者在最前头处插入一个元素，后者在最尾端处插入一个元素，如果s.insert(p,x)是将x插入在p之后，而非之前的化，那么上面的行为就没法达到了。