浅谈C++|STL初识篇

news2024/11/30 8:58:51

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一.STL的诞生

·长久以来，软件界一直希望建立一种可重复利用的东西。
.C++的面向对象和泛型编程思想，目的就是复用性的提升

·大多情况下，数据结构和算法都未能有一套标准,导致被迫从事大量重复工作
·为了建立数据结构和算法的一套标准，诞生了STL

STL（Standard Template Library）是C++编程语言的一个重要组成部分，它是由Alexander Stepanov和Meng Lee在1990年代早期开发的。

STL的诞生主要是为了提供一套通用的数据结构和算法库，使程序员能够更轻松地编写高效、可重用的代码。STL提供了许多常见的数据结构，如向量（vector）、链表（list）、集合（set）、映射（map）等，以及相关的算法，如排序、查找、迭代等。STL的设计目标是使程序员能够将精力集中在算法的实现上，而不必花费太多时间去处理底层的数据结构。

STL的设计思想主要受到了泛型编程和函数式编程的影响。它使用了模板（template）机制，使得容器和算法能够处理各种类型的数据，而不仅仅局限于特定的数据类型。此外，STL还采用了迭代器（iterator）的概念，使得程序员可以以统一的方式对容器中的元素进行访问和操作，进一步提高了代码的可重用性和灵活性。

STL的诞生对C++的发展和推广起到了非常重要的作用，它提供了一种标准化的方法来处理数据结构和算法，使得C++成为一种优秀的编程语言选择。

二.STL基本概念

. STL(Standard Template Library,标准模板库)
.STL从广义上分为:容器(container)算法(algorithm)迭代器(iterator)
·容器和算法之间通过送代器进行无缝连接。
.STL几乎所有的代码都采用了模板类或者模板函数

STL（Standard Template Library）是C++编程语言的一个库，提供了一套通用的数据结构和算法，其基本概念包括以下几个方面：

  1. 容器（Containers）：STL提供了多种容器，如向量（vector）、链表（list）、集合（set）、映射（map）等。容器用于存储和组织数据，每种容器都有自己的特点和适用场景。

  2. 迭代器（Iterators）：迭代器用于访问和操作容器中的元素，它提供了统一的接口，使得对容器的遍历和操作能够以一种统一的方式进行。迭代器分为输入迭代器、输出迭代器、前向迭代器、双向迭代器和随机访问迭代器等不同类型，根据容器的特性选择合适的迭代器类型可以提高代码的效率和灵活性。

  3. 算法（Algorithms）：STL提供了丰富的算法，包括排序、查找、拷贝、删除、变换等等。算法可以用于对容器进行各种操作和处理，例如对容器进行排序、查找特定元素、统计元素个数等等。

STL还有一些其他的概念，如分配器（Allocators，用于内存管理）、适配器（Adapters，用于将容器或迭代器接口进行修改或扩展）等等。这些概念共同构成了STL的基础，使得程序员可以更加方便地使用和管理数据结构和算法，提高代码的可重用性、灵活性和效率。

三.STL六大组件

STL大体分为六大组件，分别是:容器、算法、迭代器、仿函数、适配器(配接器)．空间配置器
1.容器:各种数据结构，如vector、list、deque、set、map等,用来存放数据。
2.算法:各种常用的算法，如排序、查找、复制、for_each等
3.迭代器:扮演了容器与算法之间的胶合剂。
4.仿函数:行为类似函数，可作为算法的某种策略。
5.适配器:一种用来修饰容器或者仿函数或迭代器接口的东西.6.空间配置器:负责空间的配置与管理.

四.STL中容器,算法,迭代器

容器:置物之所也

STL容器就是将运用最广泛的一些数据结构实现出来

常用的数据结构:数组,链表,树,栈队列,集合欧射表等

这些容器分为序列式容器和关联式容器两种:

**序列式容器:**强调值的排序，序列式容器中的每个元素均有固定的位置

关联式容器:二叉树结构，各元素之间没有严格的物理上的顺序关系

算法:问题之解法也

有限的步骤，解决逻辑或数学上的问题，这一门学科我们叫做算法(Algorithms)算法分为:质变算法和非质变算法

质变算法: 是指运算过程中会更改区间内的元素的内容。例如拷贝，替换，删除等等

非质变算法: 是指运算过程中不会更改区间内的元素内容，例如查找、计数、遍历、寻找极值等等

迭代器:容器和算法之间粘合剂

提供一种方法，使之能够依序寻访某个容器所含的各个元素，而又无需暴露该容器的内部表示方式。 每个容器都有自己专属的迭代器

迭代器种类：

迭代器种类功能支持的运算
输入迭代器 (Input Iterator)读取容器中的值++, ==, !=, *, ->
输出迭代器 (Output Iterator)写入或修改容器中的值++, *
前向迭代器 (Forward Iterator)读取和修改容器中的值++, ==, !=, *, ->
双向迭代器 (Bidirectional Iterator)读取和修改容器中的值，前向和后向遍历++, --, ==, !=, *, ->
随机访问迭代器 (Random Access Iterator)读取和修改容器中的值，支持跳跃式遍历++, --, +, -, +=, -=, ==, !=, <, >, <=, >=, [], *

常用的容器中迭代器种类为双向迭代器，和随机访问迭代器
五.所有的容器

以下是C++ STL（标准模板库）中提供的所有容器：

  1. 序列容器（Sequence Containers）

    • std::vector：动态数组
    • std::deque：双端队列
    • std::list：双向链表
    • std::forward_list：单向链表
    • std::array：固定大小数组
    • std::string：字符串

  2. 关联容器（Associative Containers）

    • std::set：有序不重复元素集合（基于红黑树实现）
    • std::multiset：有序可重复元素集合（基于红黑树实现）
    • std::map：有序键值对集合（基于红黑树实现）
    • std::multimap：有序键可重复值的集合（基于红黑树实现）

  3. 无序关联容器（Unordered Associative Containers）

    • std::unordered_set：无序不重复元素集合（基于哈希表实现）
    • std::unordered_multiset：无序可重复元素集合（基于哈希表实现）
    • std::unordered_map：无序键值对集合（基于哈希表实现）
    • std::unordered_multimap：无序键可重复值的集合（基于哈希表实现）

  4. 容器适配器（Container Adapters）

    • std::stack：栈（基于deque或list实现）
    • std::queue：队列（基于deque或list实现）
    • std::priority_queue：优先队列（基于vector或deque实现）

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