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【C++】Chapter04<STL部分>:STL标准模板库概要

STL(standard template libaray-标准模板库),是C++标准库的重要组成部分,包含了很多常用的数据结构和算法。

在我们学习了模板的之后,再来看STL,就能知道它是C++标准库中的模板类和模板函数的集合,作为可复用的库大大提高了程序员的工作效率。

STL主要组成包括:

  • 容器(Containers):封装各种数据结构,如数组、链表、集合等。
  • 算法(Algorithms):提供排序、查找、拷贝、合并等通用算法。
  • 迭代器(Iterators):连接容器与算法的桥梁,用来遍历容器。
  • 函数对象(Function Objects / Functors):行为像函数的对象,用于定制算法行为。
  • 适配器(Adapters):对已有组件进行封装,使其接口发生变化(如 stack、queue)。
  • 分配器(Allocators):负责内存分配,通常使用默认的分配器。

概要如下图所示:

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说到STL,就不得不说到泛型编程,这也是上次提到过的一种编程方式。具体可以查看:【C++】Chaper03 函数模板与泛型-CSDN博客

接下来进行几个部分的大致介绍。

一、STL容器

容器大致分为三类,分别是序列式容器、关联式容器、无序容器。

1. 序列式容器(Sequence Containers)

保持元素的排列顺序。

  • vector:动态数组,支持随机访问,尾部插入删除高效。
  • deque:双端队列,头尾插入删除都高效。
  • list:双向链表,任意位置插入删除高效,但不支持随机访问。
  • forward_list:C++11引入,单向链表。
  • array:定长数组,C++11引入。

2. 关联式容器(Associative Containers)

自动按键排序(通常为红黑树实现)。

  • set:键的集合,不允许重复。
  • multiset:允许重复键。
  • map:键值对,键唯一。
  • multimap:键值对,键可重复。

3. 无序容器(Unordered Containers)

基于哈希表实现,C++11 引入。

  • unordered_setunordered_multiset
  • unordered_mapunordered_multimap

二、迭代器(Iterators)

STL中的迭代器类似于指针,用于访问容器中的元素。

常见迭代器类型:

  • input_iterator:只读,单向(如 istream_iterator)
  • output_iterator:只写,单向(如 ostream_iterator)
  • forward_iterator:可读写,单向(如 forward_list)
  • bidirectional_iterator:双向(如 list)
  • random_access_iterator:随机访问(如 vector、deque)

三、STL算法(Algorithms)

STL 提供了约 60 多种通用算法,主要分为以下几类:

  • 非变序算法:不修改原始容器内容(如 findcountfor_each
  • 变序算法:可能会修改容器(如 copyreplaceremove
  • 排序和比较sortstable_sortminmax
  • 数值算法accumulateinner_product(需 #include <numeric>

四、函数对象(Function Objects)

函数对象是重载了 operator() 的类或结构体,可以像函数一样调用。常用于定制排序规则等。

例如:

struct MyCompare {bool operator()(int a, int b) {return a > b; // 降序}
};std::sort(vec.begin(), vec.end(), MyCompare());

五、适配器(Adapters)

对现有的容器或函数进行封装,改变其接口。

  • 容器适配器stackqueuepriority_queue
  • 迭代器适配器reverse_iteratorinsert_iterator
  • 函数适配器bindnot1mem_fun(C++11推荐使用 std::bind 和 Lambda)

六、分配器(Allocators)

用于抽象和管理内存的分配与释放。一般用默认的分配器,但也可以自定义内存管理策略。

标准分配器 std::allocator :

std::allocator 是 C++ 标准库提供的默认分配器,实现了最基本的内存分配和对象管理功能。其定义位于头文件 中。主要成员函数包括:

  • allocate:分配未构造的内存。
  • deallocate:释放先前分配的内存。
  • construct:在已分配的内存上构造对象(C++17 之前)。
  • destroy:调用对象的析构函数(C++17 之前)2。

自定义分配器:

自定义分配器允许开发者控制内存管理策略。例如,可以实现一个内存池分配器,以减少频繁的内存分配和释放带来的开销。

STL的优点与缺点

STL的优点与缺点

优点:

  • 高效:模板和内联使得STL非常高效。
  • 通用:一套算法可作用于不同容器。
  • 易用:编写高质量代码更容易。

缺点:

  • 编译慢:模板膨胀严重。
  • 错误提示晦涩难懂。
  • 可定制性有限(例如自定义内存管理复杂)。

http://www.mrgr.cn/news/97483.html

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