C++核心编程之STL

STL初识：从零开始的奇幻冒险 1 STL的诞生：一场代码复用的革命

        很久很久以前，在编程的世界里，开发者们每天都在重复造轮子。无论是数据结构还是算法，每个人都得从头开始写，仿佛在无尽的沙漠中寻找绿洲。直到有一天，C++的面向对象和泛型编程思想横空出世，带来了复用性的曙光。于是，STL（Standard Template Library，标准模板库）应运而生，成为了拯救开发者于水深火热中的英雄。

2 STL基本概念：容器、算法与迭代器的三角恋

STL，全称标准模板库，是C++中的一把瑞士军刀。它主要由三大核心组成：

容器（Container）：用来存放数据的各种数据结构，比如数组、链表、栈、队列等。

算法（Algorithm）：用来处理数据的各种操作，比如排序、查找、遍历等。

迭代器（Iterator）：容器和算法之间的桥梁，让它们能够无缝连接。

STL的代码几乎都是模板类或模板函数，这意味着你可以用一套代码处理各种数据类型，真正做到“一次编写，到处运行”。

3 STL六大组件：容器、算法、迭代器、仿函数、适配器、空间配置器

STL不仅仅是一个库，它更像是一个精密的机器，由六大组件构成：

容器：各种数据结构，如vector、list、map等，用来存放数据。

算法：各种常用的操作，如sort、find、copy等，用来处理数据。

迭代器：容器和算法之间的胶水，让它们能够协同工作。

仿函数：行为像函数的对象，可以作为算法的策略。

适配器：用来修饰容器、仿函数或迭代器的接口，让它们更灵活。

空间配置器：负责内存的分配与管理，确保资源的高效利用。

这六大组件共同构成了STL的强大功能，让开发者能够轻松应对各种复杂的编程任务。

4 容器、算法、迭代器：STL的三剑客

容器：你可以把它想象成一个魔法背包，里面可以装各种类型的数据。STL提供了多种容器，比如vector（动态数组）、list（链表）、map（映射表）等。这些容器分为两类：

序列式容器：元素按顺序排列，比如vector和list。

关联式容器：元素之间没有严格的物理顺序，通常基于二叉树结构，比如map和set。

算法：算法就像是解决问题的魔法咒语。STL提供了大量的算法，比如sort（排序）、find（查找）、for_each（遍历）等。算法分为两类：

质变算法：会改变容器中的元素，比如copy和replace。

非质变算法：不会改变容器中的元素，比如find和count。

迭代器：迭代器就像是魔法棒，让你能够遍历容器中的元素，而不需要知道容器的内部结构。每个容器都有自己的迭代器，迭代器的种类也很多，从简单的输入迭代器到功能强大的随机访问迭代器，应有尽有。

        每个容器都有自己专属的迭代器。迭代器使用非常类似于指针，初学阶段我们可以先理解迭代器为指针。

迭代器种类 种类功能支持运算输入迭代器对数据的只读访问只读，支持++、==、！=输出迭代器对数据的只写访问只写，支持++前向迭代器读写操作，并能向前推进迭代器读写，支持++、==、！=双向迭代器读写操作，并能向前和向后操作读写，支持++、--随机访问迭代器读写操作，可以以跳跃的方式访问任意数据，功能最强的迭代器读写，支持++、--、[n]、-n、<、<=、>、>=

        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

5 容器算法迭代器初识：从代码中感受STL的魅力 5.1 vector存放内置数据类型

vector是STL中最常用的容器之一，你可以把它看作是一个动态数组。下面是一个简单的例子，展示了如何向vector中插入数据并遍历它：

容器：     vector算法：     for_each迭代器： vector<int>::iterator #include<iostream> using namespace std; #include<vector> #include<algorithm> // 标准算法头文件 // vector存放内置数据类型 void myPrint(int val) { cout<< val << endl; } void test01() { // 创建了一个vector容器，数组 vector<int> v; // 向容器中插入数据 v.push_back(10); v.push_back(20); v.push_back(30); v.push_back(40); // 通过迭代器访问容器中的数据 // vector<int>::iterator itBegin = v.begin(); //起始迭代器，指向容器中第一个元素 // vector<int>::iterator itEnd = v.end(); // 结束迭代器，指向容器中最后一个元素的下一个位置 // // 第一种遍历方式 // while (itBegin != itEnd) // { // cout<<*itBegin<<endl; // itBegin++; // } // // 第二种遍历方式 就是将上面的进行改进优化 // for(vector<int>::iterator it=v.begin();it != v.end(); it++) // { // cout<<*it<<endl; // } // 第三种遍历方式 利用STL提供遍历算法 for_each(v.begin(), v.end(), myPrint); } int main() { test01(); system("pause"); return 0; } 5.2 Vector存放自定义数据类型

vector不仅可以存放内置数据类型，还可以存放自定义的数据类型。比如，我们可以创建一个Person类，并将其对象存入vector中：

#include<iostream> using namespace std; #include<vector> #include<algorithm> // 标准算法头文件 #include<string> // vector存放自定义数据类型 class Person { public: Person(string name, int age) { this->m_Name = name; this->m_Age = age; } string m_Name; int m_Age; }; void test01() { vector<Person>v; Person p1("孙悟空", 25); Person p2("猪八戒", 15); Person p3("钟无艳", 36); Person p4("兰陵王", 50); Person p5("安琪拉", 18); // 向容器中添加数据 v.push_back(p1); v.push_back(p2); v.push_back(p3); v.push_back(p4); v.push_back(p5); // 遍历容器数据 for(vector<Person>::iterator it=v.begin(); it!=v.end();it++) { // cout<<"姓名："<< (*it).m_Name<<" 年龄："<<(*it).m_Age<<endl; cout<<"姓名："<< it->m_Name <<" 年龄："<< it->m_Age <<endl; } } // 存放自定义数据类型 指针 void test02() { vector<Person*>v; Person p1("孙悟空", 25); Person p2("猪八戒", 15); Person p3("钟无艳", 36); Person p4("兰陵王", 50); Person p5("安琪拉", 18); // 向容器中添加数据 v.push_back(&p1); v.push_back(&p2); v.push_back(&p3); v.push_back(&p4); v.push_back(&p5); // 遍历容器数据 for(vector<Person*>::iterator it=v.begin(); it!=v.end();it++) { cout<<"姓名："<< (*it)->m_Name<<" 年龄："<<(*it)->m_Age<<endl; // cout<<"姓名："<< it->m_Name <<" 年龄："<< it->m_Age <<endl; } } int main() { // test01(); test02(); system("pause"); return 0; } 5.3 Vector容器嵌套容器

STL的容器还可以嵌套使用，比如vector中可以存放另一个vector。下面是一个嵌套容器的例子：

#include<iostream> using namespace std; #include<vector> #include<algorithm> // 标准算法头文件 #include<string> // vector容器嵌套容器 void test01() { vector< vector<int>>v; // 创建小容器 vector<int>v1; vector<int>v2; vector<int>v3; vector<int>v4; // 向小容器中添加数据 for(int i=0;i<4;i++) { v1.push_back(i+1); v2.push_back(i+2); v3.push_back(i+3); v4.push_back(i+4); } // 将小容器插入大容器中 v.push_back(v1); v.push_back(v2); v.push_back(v3); v.push_back(v4); // 通过大容器，把所有数据遍历一遍 for(vector<vector<int>>::iterator it=v.begin();it!=v.end();it++) { // (*it) ---- 容器 vector<int> for(vector<int>::iterator vit=(*it).begin(); vit!=(*it).end();vit++) { cout<<*vit<<" "; } cout<<endl; } } int main() { test01(); system("pause"); return 0; } 结语：STL的奇幻之旅才刚刚开始

        STL就像是一个充满魔法的工具箱，里面装满了各种强大的工具。通过容器、算法和迭代器的组合，你可以轻松解决各种复杂的编程问题。这只是STL的入门，随着你深入学习，你会发现它的更多神奇之处。准备好踏上这段奇幻的编程之旅了吗？STL的世界正等着你去探索！