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C++核心编程之STL

news 2025/9/10 1:25:59

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;
}