C++ STL 教程

C++ 标准模板库（Standard Template Library，STL）是一套功能强大的 C++ 模板类和函数的集合，它提供了一系列通用的、可复用的算法和数据结构。

STL 的设计基于泛型编程，这意味着使用模板可以编写出独立于任何特定数据类型的代码。

STL 分为多个组件，包括容器（Containers）、迭代器（Iterators）、算法（Algorithms）、函数对象（Function Objects）和适配器（Adapters）等。

使用 STL 的好处:

  • 代码复用：STL 提供了大量的通用数据结构和算法，可以减少重复编写代码的工作。
  • 性能优化：STL 中的算法和数据结构都经过了优化，以提供最佳的性能。
  • 泛型编程：使用模板，STL 支持泛型编程，使得算法和数据结构可以适用于任何数据类型。
  • 易于维护：STL 的设计使得代码更加模块化，易于阅读和维护。

C++ 标准模板库的核心包括以下重要组件组件：

组件 描述
容器（Containers）

容器是 STL 中最基本的组件之一，提供了各种数据结构，包括向量（vector）、链表（list）、队列（queue）、栈（stack）、集合（set）、映射（map）等。这些容器具有不同的特性和用途，可以根据实际需求选择合适的容器。
算法（Algorithms） STL 提供了大量的算法，用于对容器中的元素进行各种操作，包括排序、搜索、复制、移动、变换等。这些算法在使用时不需要关心容器的具体类型，只需要指定要操作的范围即可。
迭代器（iterators） 迭代器用于遍历容器中的元素，允许以统一的方式访问容器中的元素，而不用关心容器的内部实现细节。STL 提供了多种类型的迭代器，包括随机访问迭代器、双向迭代器、前向迭代器和输入输出迭代器等。
函数对象（Function Objects） 函数对象是可以像函数一样调用的对象，可以用于算法中的各种操作。STL 提供了多种函数对象，包括一元函数对象、二元函数对象、谓词等，可以满足不同的需求。
适配器（Adapters） 适配器用于将一种容器或迭代器适配成另一种容器或迭代器，以满足特定的需求。STL 提供了多种适配器，包括栈适配器（stack adapter）、队列适配器（queue adapter）和优先队列适配器（priority queue adapter）等。

这些个组件都带有丰富的预定义函数，帮助我们通过简单的方式处理复杂的任务。

容器

容器是用来存储数据的序列，它们提供了不同的存储方式和访问模式。

STL 中的容器可以分为三类：

1、序列容器：存储元素的序列，允许双向遍历。

  • std::vector：动态数组，支持快速随机访问。
  • std::deque：双端队列，支持快速插入和删除。
  • std::list：链表，支持快速插入和删除，但不支持随机访问。

2、关联容器：存储键值对，每个元素都有一个键（key）和一个值（value），并且通过键来组织元素。

  • std::set：集合，不允许重复元素。
  • std::multiset：多重集合，允许多个元素具有相同的键。
  • std::map：映射，每个键映射到一个值。
  • std::multimap：多重映射，允许多个键映射到相同的值。

3、无序容器（C++11 引入）：哈希表，支持快速的查找、插入和删除。

  • std::unordered_set：无序集合。
  • std::unordered_multiset：无序多重集合。
  • std::unordered_map：无序映射。
  • std::unordered_multimap：无序多重映射。

下面的程序演示了向量容器（一个 C++ 标准的模板），它与数组十分相似，唯一不同的是，向量在需要扩展大小的时候，会自动处理它自己的存储需求：

实例

#include <iostream> #include <vector> using namespace std; int main() { // 创建一个向量存储 int vector<int> vec; int i; // 显示 vec 的原始大小 cout << "vector size = " << vec.size() << endl; // 推入 5 个值到向量中 for(i = 0; i < 5; i++){ vec.push_back(i); } // 显示 vec 扩展后的大小 cout << "extended vector size = " << vec.size() << endl; // 访问向量中的 5 个值 for(i = 0; i < 5; i++){ cout << "value of vec [" << i << "] = " << vec[i] << endl; } // 使用迭代器 iterator 访问值 vector<int>::iterator v = vec.begin(); while( v != vec.end()) { cout << "value of v = " << *v << endl; v++; } return 0; }

当上面的代码被编译和执行时，它会产生下列结果：

vector size = 0
extended vector size = 5
value of vec [0] = 0
value of vec [1] = 1
value of vec [2] = 2
value of vec [3] = 3
value of vec [4] = 4
value of v = 0
value of v = 1
value of v = 2
value of v = 3
value of v = 4

关于上面实例中所使用的各种函数，有几点要注意：

  • push_back( ) 成员函数在向量的末尾插入值，如果有必要会扩展向量的大小。
  • size( ) 函数显示向量的大小。
  • begin( ) 函数返回一个指向向量开头的迭代器。
  • end( ) 函数返回一个指向向量末尾的迭代器。

STL 是 C++ 编程中不可或缺的一部分，它极大地扩展了 C++ 的功能，使得程序员能够编写出更加高效、可读性更强的代码。

掌握 STL 的使用对于任何 C++ 程序员来说都是非常重要的。