STL基础知识

一,STL的组成

1.什么是STL

  STL(Standard Template Library)标准模板库的简称,是由惠普开发的一系列软件的总称,STL现在是C++的一部分,已经被构建于编译系统之内,所以不需要再引入。

2.STL的组成部分

  • 容器(containers):是一种数据结构容器,使用类模板的方式提供,我们可以方便的进行数据的存储操作。
  • 适配器(adapters):以序列式容器为基础,提供的栈,队列和优先级队列的这种容器。
  • 迭代器(iterators):类似于指针,用来操作容器的对象。
  • 算法(algorithm):包含一系列的常见算法。
  • 空间配置器(allocator):其中主要工作包括两部分:1,对象的创建与销毁。2,内存的创建与释放。
  • 仿函数(functor):仿函数又称为函数对象,其实就是重载了()操作符的struct,没有什么特别的地方。

二,容器

1,序列式容器

  • 每个元素都有固定位置,取决于插入时机和地点。与元素值无关。
  • vector(向量):底层数据结构是数组,可以随机存取数据元素(用索引直接存取),数组的尾部添加和移除元素很快,但在头部和中部插入元素比较耗时。
  • deque(双端队列):底层数据结构是数组,可以随机存取数据元素,在数组的头部和尾部插入和删除元素很快。
  • list(列表):底层数据结构是双向链表,不提供随机存取数据元素(需要按顺序走到要存取的元素),在任何位置插入和删除都很快,只需要简单的移动一下指针。

2,关联式容器

  • 元素位置取决于特定的排序准则,和插入的顺序无关,底层数据结构为二叉树。
  • set(集合):内部元素依据其值自动排序,set内相同的数值元素只能出现一次。
  • multiset(多重集合):内部元素依据其值自动排序,set内允许出现重复的元素。
  • map(映射):map的元素是成对的键值对,内部元素的值依据键自动排序,键只允许出现一次。
  • multimap(多重映射):多重映射是map的增强版,允许键出现多次。

三,适配器

1.什么是适配器

  STL提供了三种适配器stack,queue和priority_queue。这些适配器是包装了序列式容器(vector,deque,list)中的一种。因此所谓的适配器就是序列式容器的包装器,注意:适配器没有提供迭代器。

2.stack(栈)

  栈可以使用序列式容器中的vector,deque,list中的任意一种作为其底层的数据结构。默认是使用deque来实现的stack。

3.queue(队列)

  队列可以使用deque和list中的任意一种作为其底层的数据结构。默认是使用deque来实现的queue。

4.priority_queue(优先队列)

  优先队列也是一种队列,不过在进入队列之后会对元素进行排序,可以使用vector和deque来实现其底层结构,默认是使用vector来实现priority_queue。

5.序列式容器和适配器比较

  

四、迭代器(Adapter)

迭代器是用类模板(class template)实现的.重载了* ,-> ,++ ,-- 等运算符。

迭代器分5种:输入迭代器、输出迭代器、 前面迭代器、双向迭代器、 随机访问迭代器。

输入迭代器:向前读(只允许读);

输出迭代器:向前写(只允许写);

前向迭代器:向前读写;

双向迭代器:向前后读写;

随机迭代器:随机读写;


五、算法(Algorithm)

算法部分主要在头文件<algorithm>,<numeric>,<functional>中。<algoritm>是所有STL头文件中最大的一个,它是由一大堆模版函数组成的,可以认为每个函数在很大程度上都是独立的,其中常用到的功能范 围涉及到比较、交换、查找、遍历操作、复制、修改、移除、反转、排序、合并等等。<numeric>体积很小,只包括几个在序列上面进行简单数学运算的模板函数,包括加法和乘法在序列上的一些操作。<functional>中则定义了一些模板类,用以声明函数对象。

六、仿函数(Functor)

仿函数用类模板实现,重载了符号"()"。仿函数,又或叫做函数对象,是STL六大组件之一;仿函数虽然小,但却极大的拓展了算法的功能,几乎所有的算法都有仿函数版本。

例如,查找算法find_if就是对find算法的扩展,标准的查找是两个元素相等就找到了,但是什么是相等在不同情况下却需要不同的定义,如地址相等,地址和邮编都相等,虽然这些相等的定义在变,但算法本身却不需要改变,这都多亏了仿函数。仿函数(functor)又称之为函数对象(function object),其实就是重载了()操作符的struct,没有什么特别的地方。

仿函数的优势:

1)仿函数比一般函数灵活。

2)仿函数有类型识别。可以用作模板参数。

3)执行速度上仿函数比函数和指针要更快。

七、空间配置器(Allocator)

STL内存配置器为容器分配并管理内存。统一的内存管理使得STL库的可用性、可移植行、以及效率都有了很大的提升。




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