STL是Standard Template Library的简称,中文名 标准模板库。从根本上说,STL是一些“容器”的集合,这些“容器”有list,vector,set,map等,STL也是算法和其他一些组件的集合。这里的“容器”和算法的集合指的是世界上很多聪明人很多年的杰作。STL的目的是标准化组件,这样就不用重新开发,可以使用现成的组件。STL现在是C++的一部分,因此不用安装额外的库文件。
在C++标准中,STL被组织为下面的17个头文件:< algorithm>、< deque>、< functional>、< iterator>、< array>、< vector>、< list>、<forward_list>、< map>、<unordered_map>、<memory>、< numeric>、< queue>、< set>、<unordered_set>、< stack>和< utility>。
组成部分
STL可分为容器(containers)、迭代器(iterators)、空间配置器(allocator)、配接器(adapters)、算法(algorithms)、仿函数(functors)六个部分。
容器
在实际的开发过程中,数据结构本身的重要性不会逊于操作于数据结构的算法的重要性,当程序中存在着对时间要求很高的部分时,数据结构的选择就显得更加重要。
经典的数据结构数量有限,但是我们常常重复着一些为了实现向量、 链表等结构而编写的代码,这些代码都十分相似,只是为了适应不同数据的变化而在细节上有所出入。STL容器就为我们提供了这样的方便,它允许我们重复利用已有的实现构造自己的特定类型下的数据结构,通过设置一些模板类,STL容器对最常用的数据结构提供了支持,这些模板的参数允许我们指定容器中元素的数据类型,可以将我们许多重复而乏味的工作简化。
容器部分主要由头文件< vector>,<list>,<deque>,<set>,<map>,<stack>和<queue>组成。对于常用的一些容器和容器适配器(可以看作由其它容器实现的容器),可以通过下表总结一下它们和相应头文件的对应关系。
序列式容器
向量(vector) 连续存储的元素<vector>
列表(list) 由节点组成的双向链表,每个结点包含着一个元素<list>
双端队列(deque) 连续存储的指向不同元素的指针所组成的数组<deque>
适配器容器
栈(stack) 后进先出的值的排列 <stack>
队列(queue) 先进先出的值的排列 <queue>
优先队列(priority_queue) 元素的次序是由作用于所存储的值对上的某种谓词决定的的一种队列 <queue>
关联式容器
集合(set) 由节点组成的红黑树,每个节点都包含着一个元素,节点之间以某种作用于元素对的谓词排列,没有两个不同的元素能够拥有相同的次序 <set>
多重集合(multiset) 允许存在两个次序相等的元素的集合 <set>
映射(map) 由{键,值}对组成的集合,以某种作用于键对上的谓词排列 <map>
多重映射(multimap) 允许键对有相等的次序的映射 <map>
迭代器
下面要说的迭代器从作用上来说是最基本的部分,可是理解起来比前两者都要费力一些(至少笔者是这样)。软件设计有一个基本原则, 所有的问题都可以通过引进一个间接层来简化,这种简化在STL中就是用迭代器来完成的 。概括来说, 迭代器在STL中用来将算法和容器联系起来 ,起着一种黏和剂的作用。 几乎STL提供的所有算法都是通过迭代器存取元素序列进行工作的,每一个容器都定义了其本身所专有的迭代器,用以存取容器中的元素 。
通俗的讲就是指针,因为它可以解引用。
eg: v.begin()就是数组的首地址
*v.begin()是首元素
迭代器部分主要由头文件<utility>,<iterator>和<memory>组成。<utility>是一个很小的头文件,它包括了贯穿使用在STL中的几个模板的声明,<iterator>中提供了迭代器使用的许多方法,而对于<memory>的描述则十分的困难,它以不同寻常的方式为容器中的 元素分配存储空间,同时也为某些算法执行期间产生的临时对象提供机制,<memory>中的主要部分是 模板类allocator,它负责产生所有容器中的默认分配器。
算法
大家都能取得的一个共识是函数库对数据类型的选择对其可重用性起着至关重要的作用。举例来说,一个求方根的函数,在使用浮点数作为其参数类型的情况下的可重用性肯定比使用 整型作为它的参数类型要高。而C++通过模板的机制允许推迟对某些类型的选择,直到真正想使用模板或者说对模板进行特化的时候,STL就利用了这一点提供了相当多的有用算法。它是在一个有效的框架中完成这些算法的——你可以将所有的类型划分为少数的几类,然后就可以在模版的参数中使用一种类型替换掉同一种类中的其他类型。
STL提供了大约100个实现算法的模版函数,比如算法for_each将为指定序列中的每一个元素调用指定的函数,stable_sort以你所指定的规则对序列进行稳定性排序等等。这样一来,只要我们熟悉了STL之后,许多代码可以被大大的化简,只需要通过调用一两个算法模板,就可以完成所需要的功能并大大地提升效率。
算法部分主要由头文件<algorithm>,<numeric>和<functional>组成。 <algorithm> 是所有STL头文件中最大的一个(然而它很好理解),它是由一大堆模版函数组成的,可以认为每个函数在很大程度上都是独立的, 其中常用到的功能范围涉及到比较、交换、查找、遍历操作、复制、修改、移除、反转、排序、合并等等 。<numeric>体积很小,只包括几个在序列上面进行简单数学运算的模板函数,包括加法和乘法在序列上的一些操作。<functional>中则定义了一些 模板类 ,用以声明 函数对象 。
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1、vector(向量)的基本用法 #include<vector>
(1)定义:
vector<int>S;定义一个空的vector对象,存储的是int类型的元素。
vector<int>S(n);定义一个含有n个int元素的vector对象。
(2)基本操作:
S[i];直接以下标方式访问容器中的元素。
S.front();返回首元素。
S.back();返回尾元素。
S.size();返回表长。
S.empty();当表为空时返回true,否则返回false。
S.pop_back();删除表尾元素。
S.begin();返回指向首元素的迭代器。
S.end();返回指向尾元素的迭代器。
S.insert(it , x);向迭代器it指向的元素前插入新元素 x。
S.insert(it , n , x);向迭代器it指向的元素前插入n个新元素x。
S.insert(it , first , lase);将由迭代器first和last所指定的序列[first , last)插入到迭代器it所指向的元素前面。
S.erase(it);删除由迭代器it指向的元素。
S.erase(first , last);删除由迭代器first和last所指定的序列[first , last)。
S.reserve(n);预分配缓冲空间,使存储空间至少可容纳n个元素。
S.resize(n);改变序列的长度,超出的元素将全被删除,如果序列需要扩展(原空间小于n),元素默认值将填满扩展出的空间。
S.resize(n , val);改变序列的长度,超出的元素将全被删除,如果序列需要扩展(原空间小于n),元素val将填满扩展出的空间。
S.clear();删除容器中的所有元素。
S1.swap(S2);容器S1、S2互换。
S.assign(first , last);将序列替换成由迭代器first和last所指定的序列[first , last)。[first , last)不能是原序列中的一部分。
2、stack(栈)的基本用法 #include<stack>
(1)定义:
stack<int>S;
stack<string>S;
(2)基本操作:
S.push(x);x入栈。
S.pop();出栈(删除栈顶元素,不返回)。
S.top();访问栈顶元素。
S.empty();判断栈是否为空(空时返回true,否则返回false)。
3、queue(队列)的基本用法 #include<queue>
(1)定义:
queue<int>Q;
queue<double>Q;
(2)基本操作:
Q.push(x);x入队。
Q.pop();出队(弹出队列第一个元素,不返回)。
Q.front();访问队首元素。
Q.back();访问队尾元素。
Q.empty();判断队列是否为空(空时返回true,否则返回false)。
Q.size();返回队列中元素的个数。
4、priority_queue(优先排队)的基本用法 #include<queue>
在<queue>头文件中,还定义了另一个非常有用的模板类priority_queue(优先队列)。优先队列与队列的差别在于优先队列不是按照入队的顺序出队,而是按照队列中元素的优先权顺序出队(默认为大者优先,也可以通过指定算子来指定自己的优先顺序)。
priority_queue模板类有三个模板参数,第一个是元素类型,第二个容器类型,第三个是比较算子。其中后两个都可以省略,默认容器为vector,默认算子为less,即小的往前排,大的往后排(出队时序列尾的元素出队)。
(1)定义:
从大到小输出:priority_queue<int>pq;
从小到大输出:priority_queue<int, vector<int>, greater<int> >pq;
注意两个尖括号之间一定要留空格。
(2)基本操作:和queue相同。
(3)自定义:priority_queue<node>pq;
struct node //先按x升序,再按y升序
{
friend bool operator< (node n1, node n2)
{
if(n1.x>n2.x) return true;//为什么是 > 因为出队是从尾部先出的
if(n1.x==n2.x&&n1.y>n2.y) return true;
return false;
}
int x,y;
};
5、map(映射)基本用法 #include<map>
(1)定义:
map<string , int>m;
(2)插入元素:
m[key]=value;
m.insert(make_pair(key,value));
(3)查找元素:
int i = m[key];注意:当与该键值匹配的值不存在时,会创建键值为key的元素对。
map<string , int>::iterator it = m.find(key);如果map中存在与key相匹配的键值时,find操作将返回指向该元素对的迭代器,否则返回的迭代器等于map的end()。
(4)删除元素:
m.erase(key);删除与指定key键值相匹配的元素对,并返回被删除的元素的个数。
m.erase(it);删除由迭代器it所指定的元素对,并返回指向下一个元素对的迭代器。
6、set(集合)、multiset(多重集合)、map(映射)、multimap(多重映射)功能相似(以set为例)
Iterators:
begin() end() rbegin() rend()
Capacity:
empty size
Modifiers:
insert erase clear
swap //set1.swap(set2) set1和set2互换
Operations:
find //it = set1.find(key) 找到返回下标,否则返回set1.end()
count //cnt = set1.count(key) 返回set1中 key 的个数
lower_bound //it = set1.lower_bound(key) 大于或等于 key 的最小值的下标
upper_bound //it = set1.upper_bound(key) 大于 key 的最小值的下标