C++STL概述

文章目录

C++STL概述
- 一、STL基本概念
- - (1)泛型程序设计
  - (2)STL中的基本的概念
- 二、容器概述
- - (1)顺序容器
  - (2)关联容器
  - (3)容器适配器
  - (4)顺序容器和关联容器中都有的成员函数
  - (5)顺序容器的常用成员函数
- 三、迭代器
- - (1)迭代器基本概念
  - (2)迭代器示例
  - (3)迭代器分类
  - (4)容器上的迭代器类别
- 四、算法
- - (1)算法简介
  - (2)STL中“大”“小” 的概念
  - (3)STL中“相等”的概念

一、STL基本概念

(1)泛型程序设计

C++中有两个方面体现重用：
- 1.面向对象的思想：继承和多态，标准类库
- 2.泛型程序设计(generic programming) 的思想：模板机制，以及标准模板库 STL
泛型程序设计

简单地说就是使用模板的程序设计法。
将一些常用的数据结构（比如链表，数组，二叉树）和算法（比如排序，查找）写成模板，以后则不论数据结构里放的是什么对象，算法针对什么样的对象，则都不必重新实现数据结构，重新编写算法。
- 标准模板库 (Standard Template Library):
  一些常用数据结构和算法的模板的集合。有了STL，不必再写大多的标准数据结构和算法，并且可获得非常高的性能。

(2)STL中的基本的概念

容器：可容纳各种数据类型的通用数据结构,是类模板
迭代器：可用于依次存取容器中元素，类似于指针
算法：用来操作容器中的元素的函数模板

二、容器概述

对象被插入容器中时，被插入的是对象的一个复制品。许多算法，比如排序，查找，要求对容器中的元素进行比较，有的容器本身就是排序的，所以，放入容器的对象所属的类，往往还应该重载 == 和 < 运算符。

(1)顺序容器

容器并非排序的，元素的插入位置同元素的值无关。有vector,deque,list 三种

vector
- vector 头文件 <vector>
- 动态数组。元素在内存连续存放。随机存取任何元素都能在常数时间完成。在尾端增删元素具有较佳的性能(大部分情况下是常数时间）。
deque
- deque 头文件 <deque>
- 双向队列。元素在内存连续存放。随机存取任何元素都能在常数时间完成(但次于vector)。在两端增删元素具有较佳的性能(大部分情况下是常数时间）。
list
- list 头文件 <list>
- 双向链表。元素在内存不连续存放。在任何位置增删元素都能在常数时间完成。不支持随机存取。

(2)关联容器

元素是排序的 .

插入任何元素，都按相应的排序规则来确定其位置 .

在查找时具有非常好的性能 .

通常以平衡二叉树方式实现，插入和检索的时间都是 O(log(N)).

set/multiset
- set/multiset 头文件 <set>
- set 即集合。set中不允许相同元素，multiset中允许存在相同的元素。
map/multimap
- map/multimap 头文件 <map>
- map与set的不同在于map中存放的元素有且仅有两个成员变量，一个名为first,另一个名为second, map根据first值对元素进行从小到大排序，并可快速地根据first来检索元素。
- map同multimap的不同在于是否允许相同first值的元素。

(3)容器适配器

stack
- stack :头文件 <stack>
- 栈。是项的有限序列，并满足序列中被删除、检索和修改的项只能是最近插入序列的项（栈顶的项）。后进先出。
queue
- queue 头文件 <queue>
- 队列。插入只可以在尾部进行，删除、检索和修改只允许从头部进行。先进先出。
priority_queue
- priority_queue 头文件 <queue>
- 优先级队列。最高优先级元素总是第一个出列

(4)顺序容器和关联容器中都有的成员函数

begin 返回指向容器中第一个元素的迭代器
end 返回指向容器中最后一个元素后面的位置的迭代器
rbegin 返回指向容器中最后一个元素的迭代器
rend 返回指向容器中第一个元素前面的位置的迭代器
erase 从容器中删除一个或几个元素
clear 从容器中删除所有元素

(5)顺序容器的常用成员函数

front :返回容器中第一个元素的引用
back : 返回容器中最后一个元素的引用
push_back : 在容器末尾增加新元素
pop_back : 删除容器末尾的元素
erase :删除迭代器指向的元素(可能会使该迭代器失效），或删除一个区间，返回被删除元素后面的那个元素的迭代器

三、迭代器

(1)迭代器基本概念

用于指向顺序容器和关联容器中的元素

迭代器用法和指针类似

有const 和非 const两种

通过迭代器可以读取它指向的元素

通过非const迭代器还能修改其指向的元素

迭代器定义

容器类名::iterator 变量名;

容器类名::const_iterator 变量名;

迭代器访问
```
* 迭代器变量名
```
迭代器上可以执行 ++ 操作, 以使其指向容器中的下一个元素。如果迭代器到达了容器中的最后一个元素的后面，此时再使用它，就会出错，类似于使用NULL或未初始化的指针一样。

(2)迭代器示例

#include <vector>
#include <iostream>
using namespace std;
int main()
{vector<int> v; //一个存放int元素的数组，一开始里面没有元素v.push_back(1);v.push_back(2);v.push_back(3);v.push_back(4);vector<int>::const_iterator i; //常量迭代器for (i = v.begin(); i != v.end(); ++i)cout << *i << ",";cout << endl;vector<int>::reverse_iterator r; //反向迭代器for (r = v.rbegin(); r != v.rend(); r++)cout << *r << ",";cout << endl;vector<int>::iterator j; //非常量迭代器for (j = v.begin(); j != v.end(); j++)*j = 100;for (i = v.begin(); i != v.end(); i++)cout << *i << ",";
}

这输出结果：
1,2,3,4,
4,3,2,1,
100,100,100,1
00,

(3)迭代器分类

双向迭代器
若p和p1都是双向迭代器，则可对p、p1可进行以下操作：

代码	意义
`++p, p++`	使p指向容器中下一个元素
`--p, p--`	使p指向容器中上一个元素
`* p`	取p指向的元素
`p = p1`	赋值
`p == p1 , p!= p1`	判断是否相等、不等

随机访问迭代器
若p和p1都是随机访问迭代器，则可对p、p1可进行以下操作：
双向迭代器的所有操作

代码	意义
`p += i`	将p向后移动i个元素
`p -= i`	将p向向前移动i个元素
`p + i`	指向 p 后面的第i个元素的迭代器
`p - i`	指向 p 前面的第i个元素的迭代器
`p[i]`	p后面的第i个元素的引用
`p < p1, p <= p1, p > p1, p>= p1`	相对位置
`p – p1`	:p1和p之间的元素个数

(4)容器上的迭代器类别

容器	容器上的迭代器类别
vector	随机访问
deque	随机访问
list	双向
set/multiset	双向
map/multimap	双向
stack	不支持迭代器
queue	不支持迭代器
priority_queue	不支持迭代器

四、算法

(1)算法简介

算法就是一个个函数模板, 大多数在中定义
STL中提供能在各种容器中通用的算法，比如查找，排序等
算法通过迭代器来操纵容器中的元素。许多算法可以对容器中的一个局部区间进行操作，因此需要两个参数，一个是起始元素的迭代器，一个是终止元素的后面一个元素的迭代器。比如，排序和查找
有的算法返回一个迭代器。比如 find() 算法，在容器中查找一个元素，并返回一个指向该元素的迭代器
算法可以处理容器，也可以处理普通数组

(2)STL中“大”“小” 的概念

关联容器内部的元素是从小到大排序的
有些算法要求其操作的区间是从小到大排序的，称为“有序区间算法”

例：binary_search
有些算法会对区间进行从小到大排序，称为“排序算法”

例： sort
还有一些其他算法会用到“大”，“小”的概念
使用STL时，在缺省的情况下，以下三个说法等价：

1)x比y小
2)表达式“x<y”为真
3)y比x大

(3)STL中“相等”的概念

等价概念有多种可能
- “x和y相等”等价于“x==y为真”
- “x和y相等”等价于“x小于y和y小于x同时为假”

STL中“相等” 概念演示

#include <iostream>
#include <algorithm>
using namespace std;
class A
{int v;public:A(int n) : v(n) {}bool operator<(const A &a2) const{//必须为常量成员函数cout << v << "<" << a2.v << "?" << endl;return false;}bool operator==(const A &a2) const{cout << v << "==" << a2.v << "?" << endl;return v == a2.v;}
};
int main()
{A a[] ={A(1), A(2), A(3), A(4), A(5)};cout << binary_search(a, a + 4, A(9));//折半查找return 0;
}

输出结果：
3<9?
2<9?
1<9?
9<1?
1

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