STL 标准模板库

推荐 C++ 学习资料网站：C++ 参考手册

1、 STL简介

什么是STL：

• ⼀个强⼤的、可复⽤的、⾃适应的泛型类和函数集合
• 使⽤C++ 模板（templates）实现
• 实现了常⻅的数据结构（data structures）和算法（algorithms）
• 庞⼤的类库
• 俄裔美籍程序员：Alexander Stepanov 1994年开发

容器，算法，迭代器是独立设计的，但是它们之间配合的很好

• 容器（containers）
  • 各种对象或原始类型的集合
  • array、vector、deque、stack、set、map等
• 算法（algorithms）
  • 处理容器元素序列的各种函数
  • find、max、count、accumulate、sort等
• 迭代器（iterators）
  • 从容器中⽣成元素的序列
  • forward、reverse、by value、by reference、constant等

sort()算法需要使用元素的序列，这个时候需要使用到标准模板库中迭代器，使用 vec.begin() 和 vec.end() 可以将vec 的第一个元素到最后一个元素传给 sort，

accumulate(vec.begin(), vec.end(), 0) 中三个参数的表示是：vec.begin(), vec.end()表示迭代器，从哪里开始到哪里结束，0：表示累加的初始值，

2、STL容器的类别

• 序列式容器（sequence containers）
  • array、vector、list、forward_list、deque
• 关联式容器（associate containers）
  • set、multi set、map、multi map
• 容器适配器（container adapters），无法使用迭代器
  • stack、queue、priority queue

3、STL迭代器的类别

• 输⼊迭代器（input iterators）
  • 从容器到程序（对数据只读访问）
• 输出迭代器（output iterators）
  • 从程序到容器（对数据只写访问）
• 前向迭代器（forward iterators）
  • 向前推进迭代器（读写）
• 双向迭代器（bi-directional iterators）
  • 向前、向后推进迭代器（读写）
• 随机访问迭代器（random access iterators）
  • 直接获取容器元素（读写）

4、STL算法的类别

• 约60个算法
• ⾮质变的（non-modifying）
  • 不会改变元素内容，如查找、计数等
• 质变的（modifying）
  • 会改变元素内容，如拷⻉、替换、删除等

5、泛型编程（generic programming）

• 泛型编程
  • 类型参数化
• 宏 Macro
• 函数模板（function template）
• 类模板（class template）

A、泛型编程

B、宏 Macro——不太推荐

下面的代码示例定义了 MAX 的宏，当预处理器看到 MAX 的时候会将参数自动替换为 a, b， 需要注意预处理器只会做简单的替换，并不懂C++语法，所以编译器编译的时候可能会出错，

如下图示例，预处理器只会做简单的替换，

使用括号，避免出现问题，

6、C++模板（template）

• 蓝图（blueprint）
• 函数和类模板，模板的核心思想就是类型的参数化，这样就可以根据实际需要来替换类型
• 可以动态替换任何数据类型
• 编译器会根据蓝图⽣成合适的函数和类
• 泛型编程（generic programming）/元编程（Meta-programming）

6.1 函数模板（function template）

将类型泛化成⼀个名称，⽐如：T，当然也可以使用其他合法的标识符，

• 告诉编译器这是函数模板
• 同时告诉它 T 是模板参数
• 这段代码可以通过编译，但不会生成任何代码，只有当调用这个模板时编译器才会生成具体的函数，

• 此时编译器会根据模板⽣成合适的函数
• 发⽣在编译阶段

• 编译器可以根据c和d的类型猜出T的类型

• 适⽤于⼏乎任何类型
• 这个类型必须⽀持 > 操作符

• 可以有多个模板参数
• 他们的类型可以不⼀样

代码：

#include <iostream>
#include <string>

using namespace std;

template <typename T>
T min_func(T a, T b)
{
    return a < b ? a : b;
}

template <class T1, class T2>
void display(T1 a, T2 b)
{
    cout << a << " " << b << endl;
}

int main()
{
    // std::cout << min_func<int>(1, 2) << std::endl;
    // std::cout << min_func(1, 2) << std::endl;
    // std::cout << min_func('B', 'A') << std::endl;
    // std::cout << min_func(3.3, 2.2) << std::endl;
    // std::cout << min_func(5 + 2 * 9, 7 + 2 * 4) << std::endl;

    display<int, int>(1, 2);
    display(20, 30);
    display<char, double>('A', 3.3);
    display("Hello", "World");
    display(2000, string{"Hello"});
    
    return 0;
}

6.2 类模板（class template）

• 类似函数模板
• 允许各种类型的替换
• 编译器会根据蓝图⽣成特定的类
• vector 和 智能指针也是通过类模板实现的，

A

B

C

D

代码：

#include <iostream>
#include <string>
#include <vector>

using namespace std;

template <typename T>
class Item
{
private:
    std::string name;
    T value;

public:
    Item(std::string name, T value)
        : name{name}, value{value}
    {
    }
    std::string get_name() const { return name; }
    T get_value() const { return value; }
};

template <typename T1, typename T2>
struct My_pair
{
    T1 first;
    T2 second;
};

int main()
{
    // Item<int> item1{"alice", 100};
    // cout << item1.get_name() << " " << item1.get_value() << endl;

    // Item<string> item2{"bob", "C++"};
    // cout << item2.get_name() << " " << item2.get_value() << endl;

    // Item<Item<string>> item3{"carol", {"david", "C++"}};
    // cout << item3.get_name() << " " << item3.get_value().get_name() << " " << item3.get_value().get_value() << endl;

    // vector<Item<double>> vec;
    // vec.push_back(Item<double>("Frank", 100.0));
    // vec.push_back(Item<double>("George", 200.0));
    // vec.push_back(Item<double>("Harry", 300.0));

    // for (const auto &item : vec)
    //     cout << item.get_name() << " " << item.get_value() << endl;

    cout << "=====================" << endl;
    My_pair<std::string, int> p1{"hello", 100};
    My_pair<int, double> p2{200, 3.14};

    cout << p1.first << " " << p1.second << endl;
    cout << p2.first << " " << p2.second << endl;

    return 0;
}