C++初阶(十)--初识STL

目次
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一、STL 是什么？
二、STL的六大组件
容器（Containers）
迭代器（Iterators）
算法（Algorithms）
函数对象（Function Objects）
适配器（Adapters）
空间设置器（Allocator）
三、为什么要用 STL？

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一、STL 是什么？

STL 是 C++ 标准库的一部门，它提供了一系列通用的模板类和函数模板，这些模板都是颠末经心筹划和优化的，可以用来处理处罚各种常见的编程使命，比如数据存储（像数组、链表、树这些结构干系的事儿）、数据处理处罚（排序、查找等利用）以及算法实现等。简单说呢，就是别人已经帮咱们把很多常用的、好用的代码模板都准备好了，咱们只要知道怎么用就行了。
二、STL的六大组件

STL（Standard Template Library，标准模板库）告急由以下六大组件构成，每个组件在 STL 体系中都起着至关告急的作用，它们相互协作，为 C++ 步伐员提供了强大且便捷的编程工具。
容器（Containers）

容器是用于存储数据元素的对象，STL 提供了多种差异范例的容器，以满足各种数据存储和利用需求。

• 次序容器（Sequential Containers）：
  
  
  
  • vector：类似于动态数组，可以在运行时动态调解巨细。元素在内存中是连续存储的，这使得它可以或许快速地随机访问元素，但在中心插入或删除元素时，大概须要移动大量其他元素。比方，vector<int> vec; vec.push_back(1); vec.push_back(2);创建了一个存放整数的vector容器，并依次添加了两个元素。
    
  • list：是一个双向链表结构，每个节点包罗一个数据元素以及指向前一个和后一个节点的指针。在链表中心插入和删除元素相对容易，只需调解干系节点的指针即可，不外随机访问元素的速率相对较慢，由于须要从链表头或链表尾逐个遍历节点才华访问到目的元素。比如，list<int> lst; lst.push_back(1); lst.push_back(2);创建了一个存放整数的list容器并添加了两个元素。
    
  • deque：即双端队列，它团结了数组和链表的一些特点。在两端（头部和尾部）可以像链表一样方便地插入和删除元素，同时又能像数组一样支持快速的随机访问（但随机访问速率比vector稍慢一些）。比方，deque<int> dq; dq.push_back(1); dq.push_back(2); dq.push_front(3);创建了一个存放整数的deque容器，不但能从尾部添加元素，还能重新部添加元素。
    
  
  
• 关联容器（Associative Containers）：
  
  
  
  • set：是一种存储唯一元素的容器，它会自动按照元素的某种特定次序（通常是根据元素的比力函数确定的次序，如对于整数是按照巨细次序，对于字符串是按照字典序）对元素举行排序。比方，set<int> s; s.insert(3); s.insert(1); s.insert(2);创建了一个存放整数的set容器，并插入了几个元素，插入后元素会自动按照从小到大的次序分列。当试图插入一个已经存在于set中的元素时，插入利用将不会乐成，由于set要包管元素的唯一性。
    
  • map：它是一种键值对容器，每个元素由一个键（key）和一个值（value）构成。通过键可以快速地找到对应的 值，而且键在总体内是唯一的。比方，map<int, string> m; m.insert(make_pair(1, "one")); m.insert(make_pair(2, "one"));创建了一个存放整数键和字符串值的map容器，并插入了两对键值对。类似于set，map也会根据键的比力函数自动对键值对举行排序，以便于快速查找。
    
  
  

迭代器（Iterators）

迭代器是一种类似于指针的对象，它提供了一种同一的方式来访问容器中的元素，使得步伐员可以在不相识容器内部实现细节的情况下，对差异范例的容器举行遍历、修改等利用。

• 差异范例的容器有差异范例的迭代器，比如：
  
  
  
  • 正向迭代器：用于按照容器中元素的存储次序从前今后遍历元素。比方，对于vector<int>容器，vector<int>::iterator it = vec.begin();，这里vec.begin()返回的就是指向容器第一个元素的正向迭代器，通过it++可以逐个访问反面的元素。
    
  • 反向迭代器：用于按照与容器中元素存储次序相反的方向从后往前遍历元素。比方，对于list<int>容器，list<int>::reverse_iterator rit = lst.rbegin();，这里lst.rbegin()返回的就是指向容器末了一个元素的反向迭代器，通过rit--可以逐个访问前面的元素。
    
  • 常量迭代器：用于在不修改容器元素的情况下遍历元素，有正向常量迭代器和反向常量迭代器之分。比方，对于set<int>容器，set<int>::const_iterator cit = s.begin();，在这种情况下，固然可以访问元素，但不能对其举行修改。
    
  
  

算法（Algorithms）

STL 提供了大量的算法来对容器中的元素举行各种利用，这些算法通过迭代器来指定利用的范围，从而实现了对差异范例容器的通用性。

• 排序算法（Sorting Algorithms）：
  
  
  
  • std::sort：这是最常用的排序算法之一，它可以对一个给定范围内的元素举行快速排序。比方，对于vector<int>容器vec，std::sort(vec.begin(), vec.end());会将容器中的整数按照从小到大的次序分列。它的时间复杂度通常为 O (n log n)，此中 n 是要排序的元素个数。
    
  • std::stable_sort：与std::sort类似，但它在排序过程中会包管相称元素的相对次序稳定。比方，在对一个包罗重复元素的容器排序时，如果利用std::stable_sort，那么原来在前面的重复元素在排序后仍然会在前面。
    
  
  
• 查找算法（Searching Algorithms）：
  
  
  
  • std::find：用于在一个给定范围内探求指定的元素。比方，对于list<int>容器lst，std::find(lst.begin(), lst.end(), 5);会在容器中探求整数 5，如果找到则返回指向该元素的迭代器，否则返回一个特别的标志（如list<int>::end()），表现没有找到。
    
  • std::binary_search：实用于已经排序的容器，它利用二分法来快速查找指定的元素。比方，对于已经排序好的vector<int>容器vec，std::binary_search(vec.begin(), vec.end(), 5);会判断容器中是否存在整数 5。如果存在，返回 true；否则，返回 false。
    
  
  
• 其他算法（Other Algorithms）：
  
  
  
  • std::copy：用于将一个范围内的元素复制到另一个位置。比方，对于vector<int>容器vec1和vec2，std::copy(vec1.begin(), vec1.end(), vec2.begin());会将vec1的全部元素复制到vec2的开头部门。
    
  • std::accumulate：用于盘算一个范围内的元素的总和或其他可累积的属性。比方，对于vector<int>容器vec，std::accumulate(vec.begin(), vec.end(), 0);会盘算容器中全部元素的总和，这里第二个参数 0 表现初始值。
    
  
  

函数对象（Function Objects）

函数对象，也称为仿函数（Functors），是一种可以像函数一样被调用的对象。它们在 STL 中有偏告急的作用，常常被用来替换寻常的函数作为算法的参数，以实现更机动的利用。

• 比方，界说一个比力函数对象来实现特定的比力规则：
  
  
  
  • class MyComparator { public: bool operator()(int a, int b) { return a > b; } };
    
  • 这里界说了一个名为MyComparator的函数对象，它实现了一个比力规则，即比力两个整数时，返回较大的数在前的效果。可以将这个函数对象作为参数传给std::sort算法，比方：vector<int> vec; vec.push_back(1); vec.push_back(2); std::sort(vec.begin(), vec.end(), MyComparator());，如许就会按照我们界说的比力规则（较大数在前）对容器中的元素举行排序。
    
  
  

适配器（Adapters）

适配器是一种将一种接口转换为另一种接口的组件，在 STL 中告急用于将差异范例的容器、迭代器或函数对象举行转换，以满足特定的应用需求。

• 容器适配器（Container Adapters）：
  
  
  
  • stack：它是基于其他容器（如vector、list等）实现的一种后进先出（LIFO）的数据结构。比方，以vector为底子实现的stack可以如许创建：stack<int, vector<int>> stk;，这里第一个参数表现栈中元素的范例，第二个参数表现所基于的容器范例。通过push、pop等利用可以对栈举行利用。
    
  • queue：也是基于其他容器（如vector、list等）实现的一种数据结构，不外它是先辈先出（FIFO）的。比方，以list为底子实现的queue可以如许创建：queue<int, list<int>> q;，同样，通过push、push_front、pop等利用可以对队枚举行利用。
    
  
  
• 迭代器适配器（Iterator Adapters）：
  
  
  
  • reverse_iterator：它是一种将正向迭代器转换为反向迭代器的适配器。比方，对于vector<int>容器vec，vector<int>::reverse_iterator rit = vec.rbegin();，这里vec.rbegin()就是利用reverse_iterator适配器将正向迭代器转换为反向迭代器的效果，通过rit--可以按照与容器中元素存储次序相反的方向从后往前遍历元素。
    
  
  
• 函数对象适配器（Function Object Adapters）：
  
  
  
  • bind：它是一种将函数对象与参数举行绑定的适配器。比方，假设有一个函数对象MyFunction和一些参数，通过bind可以将这些参数绑定到MyFunction上，形成一个新的函数对象，以便于在特定的应用场景下利用。
    
  
  

空间设置器（Allocator）

空间设置器是负责为容器分配和接纳内存空间的组件。它就像是一个幕后的 “内存管家”，当容器须要存储新的元素、扩展容量等情况时，就由空间设置器来处理处罚干系的内存利用，确保容器可以或许顺遂地获取到所需的内存空间，而且在元素被移除或容器被烧毁时，公道地接纳内存，克制内存走漏等标题。

• 一级空间设置器（__malloc_alloc_template）：现实上是对malloc和free函数的一种包装。它在内部根本就是直接调用malloc函数来分配内存，调用free函数来接纳内存。比方，当容器须要分配肯定巨细的内存空间时，一级空间设置器会像如许利用：void* ptr = __malloc_alloc_template<>::allocate(n);，这里n是须要分配的 ，__malloc_alloc_template<>::allocate函数内部就是调用malloc函数来完因素配的。
  
• 二级空间设置器（__allocator_base）：引入了内存池的概念。它会预先分配一块较大的内存池，然后从这个内存池中为容器分配所需的内存空间。比如，它大概会先分配一块 16KB 的内存池，当容器须要分配内存时，就从这个内存池中取出符合巨细的 ，以便给容器。对于较小的内存块（通常界说为小于即是 128 字节），二级空间设置器会利用一种叫做 “自由链表” 的结构来管理。自由链表就是把同范例（即雷同巨细）的空闲内存块用链表的情势毗连起来，当须要分配这种小内存块时，就从相应的自由链表中取出一个空闲块给容器；当容器开释这种小内存块时，又会把它放回相应的自由链表中，以便下次再利用。对于较大的内存块（大于 128 字节），二级空间设置器会像一级空间设置器一样，直接调用malloc函数来分配内存，并在接纳时调用free函数。
  

这就是 STL 的六大组件啦，它们相互共同，为 C++ 步伐员提供了高效、便捷的编程体验，使得处理处罚各种数据结构和算法标题变得更加容易。
三、为什么要用 STL？

• 进步开辟服从：不消再重新去写那些处理处罚数据结构和算法的代码啦，直接拿 STL 里的现成模板来用就行，能节流大量的时间和精神，让我们可以把更多的心思放在办理具体的业务标题上呢。
  
• 代码质量包管：STL 里的模板都是颠末专业职员经心筹划和优化的，以是在性能、稳固性等方面都有很好的表现。利用 STL 可以让我们的代码质量更高，镌汰由于自己编写代码不妥而导致的各种标题呢。
  
• 代码的通用性和可移植性：由于 STL 是 C++ 标准库的一部门，以是在任何支持 C++ 标准的情况下都可以利用，这使得我们的代码具有很好的通用性和可移植性，不管是在 Windows、Linux 还是其他利用体系上，只要是 C++ 能跑的地方，STL 就能派上用场啦。
  

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 本篇博客只是对STL开端认识，反面会对STL中的东西具体解说，欢迎品评区留言