STL(Standard Template Library)里有很多组成部分,但是主要有三个,容器、迭代器和算法
容器用来管理某个特定对象的集合。每一种容器都有自己的优点和缺点,在项目中根据不同的需求,使用不同的容器。容器可以是数组、链表或者类字典。
迭代器用于遍历对象集合的元素。这些集合可以是容器或容器的子集。每一个容器类都提供了它自己的迭代器类型。
算法用来处理的元素的集合。例如,可以进行搜索、排序等操作。
STL的数据和操作是分离的。数据存储在容器里,使用算法进行操作。迭代器是这两者之间的粘合剂,让算法与容器可以进行交互。
STL数据和算法是分离的而不是结合。STL是泛型编程的一个很好的例子。容器和算法分别是任意类型和类的泛型。STL提供了更通用的组件。还可以通过使用适配器和仿函数来达到特殊要求。
一、容器
1、主要可以分为三大类 :
序列容器是有序集合,其中的每个元素都有特定位置。这个位置取决于插入的时间和地点,但是它跟元素的值无关。STL包含5个预定义的序列容器类:array、vector、deque、list和forward_list。
关联容器是把元素的值按照某种规则排好顺序的集合。STL包含4个预定义的关联容器类:set、multiset、map和multimap。
无序(关联)容器是无序集合。主要关注一个元素是否在集合中。不论是插入的顺序还是插入元素的值对元素的位置都没有任何影响。STL包含4个预定义的无序容器类:unordered_set、unordered_multiset、unordered_map和unordered_multimap。
序列容器通常是数组或链表的实现 。
关联容器通常是二叉树的实现 。
无序容器通常是哈希表的实现。
2、各种容器的特点:
(1)vector
内部数据结构:数组。
随机访问每个元素,所需要的时间为常量。
在末尾增加或删除元素所需时间与元素数目无关,在中间或开头增加或删除元素所需时间随元素数目呈线性变化。
可动态增加或减少元素,内存管理自动完成,但程序员可以使用reserve()成员函数来管理内存。
vector的迭代器在内存重新分配时将失效(它所指向的元素在该操作的前后不再相同)。当把超过capacity()-size()个元素插入vector中时,内存会重新分配,所有的迭代器都将失效;否则,指向当前元素以后的任何元素的迭代器都将失效。当删除元素时,指向被删除元素以后的任何元素的迭代器都将失效。
(2)deque
内部数据结构:数组。
随机访问每个元素,所需要的时间为常量。
在开头和末尾增加元素所需时间与元素数目无关,在中间增加或删除元素所需时间随元素数目呈线性变化。
可动态增加或减少元素,内存管理自动完成,不提供用于内存管理的成员函数。
除开头结尾外,增加任何元素都将使deque的迭代器失效。在deque的中间删除元素将使迭代器失效。在deque的头或尾删除元素时,只有指向该元素的迭代器失效。
(3)list
内部数据结构:双向环状链表。
不能随机访问一个元素。
可双向遍历。
在开头、末尾和中间任何地方增加或删除元素所需时间都为常量。可动态增加或减少元素,内存管理自动完成。
增加任何元素都不会使迭代器失效。删除元素时,除了指向当前被删除元素的迭代器外,其它迭代器都不会失效。
(4)forward_list
内部数据结构:单向链表。
不可双向遍历,只能从前到后地遍历。
它的特性同list相似。
(5)set
键和值相等。键唯一。
元素默认按升序排列。
如果迭代器所指向的元素被删除,则该迭代器失效。其它任何增加、删除元素的操作都不会使迭代器失效。
(6)multiset
键可以不唯一。
其它特点与set相同。
(7)map
键唯一。
元素默认按键的升序排列。
如果迭代器所指向的元素被删除,则该迭代器失效。其它任何增加、删除元素的操作都不会使迭代器失效。
(8)multimap
键可以不唯一。
其它特点与map相同。
3、容器的选择:
1)除非你有更好的选择,否则应该使用vector。
2)如果你的程序有很多小的元素,且空间的额外开销很重要,则不要使用list或者forward_list。
3)如果你需要高效的随即存取,而不在乎插入和删除的效率,使用vector。
4)如果你需要大量的插入和删除,而不关心随即存取,则应使用list。
5)如果你需要随即存取,而且关心两端数据的插入和删除,则应使用deque。
6)如果你要存储一个数据字典,并要求方便地根据key找value,那么map是较好的选择;如果key对应多个value,应选择multimap。
7)如果你要查找一个元素是否在某集合内存中,则使用set存储这个集合比较好。
二、容器适配器
容器适配器提供顺序容器的特殊接口。
1、各种适配器的特点:
(1)stack 堆栈适配器(LIFO)
stack 模板类的定义在<stack>头文件中。
stack 模板类需要两个模板参数,一个是元素类型,一个容器类型,但只有元素类型是必要的,在不指定容器类型时,默认的容器类型为deque。
定义stack 对象的示例代码如下:
stack<int> s1;
stack<string> s2;
stack 的基本操作有:
入栈,如例:s.push(x);
出栈,如例:s.pop();注意,出栈操作只是删除栈顶元素,并不返回该元素。
访问栈顶,如例:s.top()
判断栈空,如例:s.empty(),当栈空时,返回true。
访问栈中的元素个数,如例:s.size()。
(2)queue 改写容器来提供队列(FIFO数据结构)
queue 模板类的定义在<queue>头文件中。
与stack 模板类很相似,queue 模板类也需要两个模板参数,一个是元素类型,一个容器类型,元素类型是必要的,容器类型是可选的,默认为deque 类型。
定义queue 对象的示例代码如下:
queue<int> q1;
queue<double> q2;
queue 的基本操作有:
入队,如例:q.push(x); 将x 接到队列的末端。
出队,如例:q.pop(); 弹出队列的第一个元素,注意,并不会返回被弹出元素的值。
访问队首元素,如例:q.front(),即最早被压入队列的元素。
访问队尾元素,如例:q.back(),即最后被压入队列的元素。
判断队列空,如例:q.empty(),当队列空时,返回true。
访问队列中的元素个数,如例:q.size()。
(3)priority_queue 改写容器来提供优先级队列
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)。
定义priority_queue 对象的示例代码如下:
priority_queue<int> q1;
priority_queue< pair<int, int> > q2; // 注意在两个尖括号之间一定要留空格。
priority_queue<int, vector<int>, greater<int> > q3; // 定义小的先出队。
priority_queue 的基本操作与queue 相同。
初学者在使用priority_queue 时,最困难的可能就是如何定义比较算子了。如果是基本数据类型,或已定义了比较运算符的类,可以直接用STL 的less 算子和greater算子——默认为使用less 算子,即小的往前排,大的先出队。如果要定义自己的比较算子,方法有多种,这里介绍其中的一种:重载比较运算符。优先队列试图将两个元素x 和y 代入比较运算符(对less 算子,调用x<y,对greater 算子,调用x>y),若结果为真,则x 排在y 前面,y 将先于x 出队,反之,则将y 排在x 前面,x 将先出队。
三、迭代器
根据迭代器所支持的操作,一般分为下面5种:
前向迭代器只能利用递增运算符进行前向迭代。像unordered_set、unordered_multiset、unordered_map和unordered_multimap这些容器都“至少”是用前向迭代器(某些情况下可以提供双向迭代器)。
双向迭代器是可以用递增运算符向前迭代,或者用递减运算符向后迭代。像list、set、multiset、map和multimap的迭代器都是双向迭代器。
随机访问迭代器具有双向迭代器的所有属性。此外,他们还可以进行随机访问。这种迭代器本身支持运算操作,可以改变偏移量,也可以利用关系运算符(< 和 >)比较迭代器。像vector、deque、array和string的迭代器都是这类迭代器。
输入迭代器能够在迭代时读取或处理一些值。如Input stream iterators。
输出迭代器能够在迭代时输出一些值。如Inserters、和output stream iterators。
四、算法
STL提供了一些标准算法来处理集合元素。这些算法一般提供最基本的功能,如搜索、排序、复制、修改和数值处理。
算法不是容器类的成员函数,而是全局函数。算法可以操作不同容器类型的元素,甚至可以操作用户自定义的容器类型。总之,既减少了代码量,又增强了性能。
五、迭代器适配器
任何操作起来像迭代器的东西都可以当作迭代器。所以可以写出像迭代器的一些类但又执行不一样的操作。C++标准库提供的一些预定义的特殊迭代器,即迭代器适配器。一般分为四类:
Insert iterators也称为inserters,用来将“赋值新值”操作转换为“安插新值”操作。通过这种迭代器,算法可以执行安插(insert)行为而非覆盖(overwrite)行为。所有Insert迭代器都隶属于Output迭代器类型,所以它只提供赋值(assign)新值的能力。通常算法会将数值赋值给目的迭代器,如copy()算法
Stream iterators是一种迭代器配接器,可以把stream当成算法的原点和终点。更明确的说,一个istream迭代器可以用来从input stream中读元素,而一个ostream迭代器可以用来对output stream写入元素。Stream迭代器的一种特殊形式是所谓的stream缓冲区迭代器,用来对stream缓冲区进行直接读取和写入操作。
Reverse iterators重新定义递增运算和递减运算,使其行为正好倒置。
Move iterators很像一个底层迭代器(必须至少有一个InputIterator)。如果这个迭代器被当作输入迭代器来用,要注意的是,值的操作是移动而不是复制。
六、仿函数
算法函数的参数不一定非要是函数。可以是行为类似函数的对象,称为函数对象,或仿函数。