STL(Standard Template Library,标准模板库)
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一、STL 六大组件简介
STL提供了六大组件，彼此之间可以组合套用，这六大组件分别是:容器、算法、迭代器、仿函数、适配器（配接器）、空间配置器。
- 容器：各种数据结构，如vector、list、deque、set、map等,用来存放数据，从实现角度来看，STL容器是一种class template。
- 算法：各种常用的算法，如sort、find、copy、for_each。从实现的角度来看，STL算法是一种function tempalte.
- 迭代器：扮演了容器与算法之间的胶合剂，共有五种类型，从实现角度来看，迭代器是一种将operator* , operator-> , operator++,operator--等指针相关操作予以重载的class template. 所有STL容器都附带有自己专属的迭代器，只有容器的设计者才知道如何遍历自己的元素。原生指针也是一种迭代器。
- 仿函数：行为类似函数，可作为算法的某种策略。从实现角度来看，仿函数是一种重载了operator()的class 或者class template
- 适配器：一种用来修饰容器或者仿函数或迭代器接口的东西。
- 空间配置器：负责空间的配置与管理。从实现角度看，配置器是一个实现了动态空间配置、空间管理、空间释放的class tempalte.
二、 string容器
2.1 string容器基本概念
C风格字符串(以空字符结尾的字符数组)太过复杂难于掌握，不适合大程序的开发，所以C++标准库定义了一种string类，定义在头文件<string>。
String和c风格字符串对比：
- Char*是一个指针，String是一个类
string封装了char*，管理这个字符串，是一个char*型的容器。
- String封装了很多实用的成员方法
查找find，拷贝copy，删除delete 替换replace，插入insert
- 不用考虑内存释放和越界
string管理char*所分配的内存。每一次string的复制，取值都由string类负责维护，不用担心复制越界和取值越界等。
2.2 string 构造函数
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string();//创建一个空的字符串 例如: string str; string(const string& str);//使用一个string对象初始化另一个string对象 string(const char* s);//使用字符串s初始化 string(int n, char c);//使用n个字符c初始化 |
2.3 string基本赋值操作
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string& operator=(const char* s);//char*类型字符串 赋值给当前的字符串 string& operator=(const string &s);//把字符串s赋给当前的字符串 string& operator=(char c);//字符赋值给当前的字符串 string& assign(const char *s);//把字符串s赋给当前的字符串 string& assign(const char *s, int n);//把字符串s的前n个字符赋给当前的字符串 string& assign(const string &s);//把字符串s赋给当前字符串 string& assign(int n, char c);//用n个字符c赋给当前字符串 string& assign(const string &s, int start, int n);//将s从start开始n个字符赋值给字符串 |
2.4 string存取字符操作
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char& operator[](int n);//通过[]方式取字符 char& at(int n);//通过at方法获取字符 |
2.5 string拼接操作
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string& operator+=(const string& str);//重载+=操作符 string& operator+=(const char* str);//重载+=操作符 string& operator+=(const char c);//重载+=操作符 string& append(const char *s);//把字符串s连接到当前字符串结尾 string& append(const char *s, int n);//把字符串s的前n个字符连接到当前字符串结尾 string& append(const string &s);//同operator+=() string& append(const string &s, int pos, int n);//把字符串s中从pos开始的n个字符连接到当前字符串结尾 string& append(int n, char c);//在当前字符串结尾添加n个字符c |
2.6 string查找和替换
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int find(const string& str, int pos = 0) const; //查找str第一次出现位置,从pos开始查找 int find(const char* s, int pos = 0) const; //查找s第一次出现位置,从pos开始查找 int find(const char* s, int pos, int n) const; //从pos位置查找s的前n个字符第一次位置 int find(const char c, int pos = 0) const; //查找字符c第一次出现位置 int rfind(const string& str, int pos = npos) const;//查找str最后一次位置,从pos开始查找 int rfind(const char* s, int pos = npos) const;//查找s最后一次出现位置,从pos开始查找 int rfind(const char* s, int pos, int n) const;//从pos查找s的前n个字符最后一次位置 int rfind(const char c, int pos = 0) const; //查找字符c最后一次出现位置 string& replace(int pos, int n, const string& str); //替换从pos开始n个字符为字符串str string& replace(int pos, int n, const char* s); //替换从pos开始的n个字符为字符串s |
2.7 string比较操作
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/* compare函数在>时返回 1，<时返回 -1，==时返回 0。 比较区分大小写，比较时参考字典顺序，排越前面的越小。 大写的A比小写的a小。 */ int compare(const string &s) const;//与字符串s比较 int compare(const char *s) const;//与字符串s比较 |
2.8 string子串
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string substr(int pos = 0, int n = npos) const;//返回由pos开始的n个字符组成的字符串 |
2.9 string插入和删除操作
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string& insert(int pos, const char* s); //插入字符串 string& insert(int pos, const string& str); //插入字符串 string& insert(int pos, int n, char c);//在指定位置插入n个字符c string& erase(int pos, int n = npos);//删除从Pos开始的n个字符 |
2.10 string和c-style字符串转换
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//string 转 char* string str = "itcast"; const char* cstr = str.c_str(); //char* 转 string char* s = "itcast"; string str(s); |
提示:
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string s = "abcdefg"; char& a = s[2]; char& b = s[3];
a = '1'; b = '2';
cout << s << endl; cout << (int*)s.c_str() << endl;
s = "pppppppppppppppppppppppp";
//a = '1'; //b = '2';
cout << s << endl; cout << (int*)s.c_str() << endl; |
三、vector容器
vector的数据安排以及操作方式，与array非常相似，两者的唯一差别在于空间的运用的灵活性。Array是静态空间，一旦配置了就不能改变，要换大一点或者小一点的空间，可以，一切琐碎得由自己来，首先配置一块新的空间，然后将旧空间的数据搬往新空间，再释放原来的空间。Vector是动态空间。
Vector维护一个线性空间，所以不论元素的型别如何，普通指针都可以作为vector的迭代器，因为vector迭代器所需要的操作行为，如operaroe*, operator->, operator++, operator--, operator+, operator-, operator+=, operator-=, 普通指针天生具备。Vector支持随机存取，而普通指针正有着这样的能力。所以vector提供的是随机访问迭代器
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3.1 vector构造函数
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vector<T> v; //采用模板实现类实现，默认构造函数 vector(v.begin(), v.end());//将v[begin(), end())区间中的元素拷贝给本身。 vector(n, elem);//构造函数将n个elem拷贝给本身。 vector(const vector &vec);//拷贝构造函数。
//例子 使用第二个构造函数 我们可以... int arr[] = {2,3,4,1,9}; vector<int> v1(arr, arr + sizeof(arr) / sizeof(int)); |
3.2 vector常用赋值操作
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assign(beg, end);//将[beg, end)区间中的数据拷贝赋值给本身。 assign(n, elem);//将n个elem拷贝赋值给本身。 vector& operator=(const vector &vec);//重载等号操作符 swap(vec);// 将vec与本身的元素互换。 |
3.3 vector大小操作
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size();//返回容器中元素的个数 empty();//判断容器是否为空 resize(int num);//重新指定容器的长度为num，若容器变长，则以默认值填充新位置。如果容器变短，则末尾超出容器长度的元素被删除。 resize(int num, elem);//重新指定容器的长度为num，若容器变长，则以elem值填充新位置。如果容器变短，则末尾超出容器长>度的元素被删除。 capacity();//容器的容量 reserve(int len);//容器预留len个元素长度，预留位置不初始化，元素不可访问。 |
3.4 vector数据存取操作
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at(int idx); //返回索引idx所指的数据，如果idx越界，抛出out_of_range异常。 operator[];//返回索引idx所指的数据，越界时，运行直接报错 front();//返回容器中第一个数据元素 back();//返回容器中最后一个数据元素 |
3.5 vector插入和删除操作
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insert(const_iterator pos, int count,ele);//迭代器指向位置pos插入count个元素ele. push_back(ele); //尾部插入元素ele pop_back();//删除最后一个元素 erase(const_iterator start, const_iterator end);//删除迭代器从start到end之间的元素 erase(const_iterator pos);//删除迭代器指向的元素 clear();//删除容器中所有元素 |
3.6 巧用swap，收缩内存空间
3.7 reserve预留空间
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#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS #include<iostream> #include<vector> using namespace std;
int main(){
vector<int> v;
//预先开辟空间 v.reserve(100000);
int* pStart = NULL; int count = 0; for (int i = 0; i < 100000;i ++){ v.push_back(i); if (pStart != &v[0]){ pStart = &v[0]; count++; } }
cout << "count:" << count << endl;
system("pause"); return EXIT_SUCCESS; } |
四、deque容器
Vector容器是单向开口的连续内存空间，deque则是一种双向开口的连续线性空间。所谓的双向开口，意思是可以在头尾两端分别做元素的插入和删除操作，当然，vector容器也可以在头尾两端插入元素，但是在其头部操作效率奇差，无法被接受。
4.1 deque容器实现原理
queue没有迭代器Queue所有元素的进出都必须符合”先进先出”的条件，只有queue的顶端元素，才有机会被外界取用。Queue不提供遍历功能，也不提供迭代器。
Deque容器是连续的空间，至少逻辑上看来如此，连续现行空间总是令我们联想到array和vector,array无法成长，vector虽可成长，却只能向尾端成长，而且其成长其实是一个假象，事实上(1) 申请更大空间 (2)原数据复制新空间 (3)释放原空间 三步骤，如果不是vector每次配置新的空间时都留有余裕，其成长假象所带来的代价是非常昂贵的。
Deque是由一段一段的定量的连续空间构成。一旦有必要在deque前端或者尾端增加新的空间，便配置一段连续定量的空间，串接在deque的头端或者尾端。Deque最大的工作就是维护这些分段连续的内存空间的整体性的假象，并提供随机存取的接口，避开了重新配置空间，复制，释放的轮回，代价就是复杂的迭代器架构。
既然deque是分段连续内存空间，那么就必须有中央控制，维持整体连续的假象，数据结构的设计及迭代器的前进后退操作颇为繁琐。Deque代码的实现远比vector或list都多得多。
Deque采取一块所谓的map(注意，不是STL的map容器)作为主控，这里所谓的map是一小块连续的内存空间，其中每一个元素(此处成为一个结点)都是一个指针，指向另一段连续性内存空间，称作缓冲区。缓冲区才是deque的存储空间的主体。
4.2 deque构造函数
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deque<T> deqT;//默认构造形式 deque(beg, end);//构造函数将[beg, end)区间中的元素拷贝给本身。 deque(n, elem);//构造函数将n个elem拷贝给本身。 deque(const deque &deq);//拷贝构造函数。 |
4.3 deque赋值操作
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assign(beg, end);//将[beg, end)区间中的数据拷贝赋值给本身。 assign(n, elem);//将n个elem拷贝赋值给本身。 deque& operator=(const deque &deq); //重载等号操作符 swap(deq);// 将deq与本身的元素互换 |
4.4 deque大小操作
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deque.size();//返回容器中元素的个数 deque.empty();//判断容器是否为空 deque.resize(num);//重新指定容器的长度为num,若容器变长，则以默认值填充新位置。如果容器变短，则末尾超出容器长度的元素被删除。 deque.resize(num, elem); //重新指定容器的长度为num,若容器变长，则以elem值填充新位置,如果容器变短，则末尾超出容器长度的元素被删除。 |
4.5 deque双端插入和删除操作
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push_back(elem);//在容器尾部添加一个数据 push_front(elem);//在容器头部插入一个数据 pop_back();//删除容器最后一个数据 pop_front();//删除容器第一个数据 |
4.6 deque数据存取
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at(idx);//返回索引idx所指的数据，如果idx越界，抛出out_of_range。 operator[];//返回索引idx所指的数据，如果idx越界，不抛出异常，直接出错。 front();//返回第一个数据。 back();//返回最后一个数据 |
4.7 deque插入操作
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insert(pos,elem);//在pos位置插入一个elem元素的拷贝，返回新数据的位置。 insert(pos,n,elem);//在pos位置插入n个elem数据，无返回值。 insert(pos,beg,end);//在pos位置插入[beg,end)区间的数据，无返回值。 |
4.8 deque删除操作
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clear();//移除容器的所有数据 erase(beg,end);//删除[beg,end)区间的数据，返回下一个数据的位置。 erase(pos);//删除pos位置的数据，返回下一个数据的位置。 |
五、stack容器
stack是一种先进后出(First In Last Out,FILO)的数据结构，它只有一个出口，形式如图所示。stack容器允许新增元素，移除元素，取得栈顶元素，但是除了最顶端外，没有任何其他方法可以存取stack的其他元素。换言之，stack不允许有遍历行为。
stack没有迭代器，Stack所有元素的进出都必须符合”先进后出”的条件，只有stack顶端的元素，才有机会被外界取用。Stack不提供遍历功能，也不提供迭代器。
5.1stack构造函数
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stack<T> stkT;//stack采用模板类实现， stack对象的默认构造形式： stack(const stack &stk);//拷贝构造函数 |
5.2 stack赋值操作
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stack& operator=(const stack &stk);//重载等号操作符 |
5.3 stack数据存取操作
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push(elem);//向栈顶添加元素 pop();//从栈顶移除第一个元素 top();//返回栈顶元素 |
5.4 stack大小操作
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empty();//判断堆栈是否为空 size();//返回堆栈的大小 |
六、queue容器
Queue是一种先进先出的数据结构，它有两个出口，queue容器允许从一端新增元素，从另一端移除元素。
Queue所有元素的进出都必须符合”先进先出”的条件，只有queue的顶端元素，才有机会被外界取用。Queue不提供遍历功能，也不提供迭代器。
6.1 queue构造函数
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queue<T> queT;//queue采用模板类实现，queue对象的默认构造形式： queue(const queue &que);//拷贝构造函数 |
6.2 queue存取、插入和删除操作
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push(elem);//往队尾添加元素 pop();//从队头移除第一个元素 back();//返回最后一个元素 front();//返回第一个元素 |
6.3 queue赋值操作
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queue& operator=(const queue &que);//重载等号操作符 |
6.4 queue大小操作
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empty();//判断队列是否为空 size();//返回队列的大小 |
七、list容器
List容器是一个双向链表。
链表是一种物理存储单元上非连续、非顺序的存储结构，数据元素的逻辑顺序是通过链表中的指针链接次序实现的。链表由一系列结点（链表中每一个元素称为结点）组成，结点可以在运行时动态生成。每个结点包括两个部分：一个是存储数据元素的数据域，另一个是存储下一个结点地址的指针域。
- 采用动态存储分配，不会造成内存浪费和溢出
- 链表执行插入和删除操作十分方便，修改指针即可，不需要移动大量元素
- 链表灵活，但是空间和时间额外耗费较大
7.1 list构造函数
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list<T> lstT;//list采用采用模板类实现,对象的默认构造形式： list(beg,end);//构造函数将[beg, end)区间中的元素拷贝给本身。 list(n,elem);//构造函数将n个elem拷贝给本身。 list(const list &lst);//拷贝构造函数。 |
7.2 list数据元素插入和删除操作
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push_back(elem);//在容器尾部加入一个元素 pop_back();//删除容器中最后一个元素 push_front(elem);//在容器开头插入一个元素 pop_front();//从容器开头移除第一个元素 insert(pos,elem);//在pos位置插elem元素的拷贝，返回新数据的位置。 insert(pos,n,elem);//在pos位置插入n个elem数据，无返回值。 insert(pos,beg,end);//在pos位置插入[beg,end)区间的数据，无返回值。 clear();//移除容器的所有数据 erase(beg,end);//删除[beg,end)区间的数据，返回下一个数据的位置。 erase(pos);//删除pos位置的数据，返回下一个数据的位置。 remove(elem);//删除容器中所有与elem值匹配的元素。 |
7.3 list大小操作
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size();//返回容器中元素的个数 empty();//判断容器是否为空 resize(num);//重新指定容器的长度为num， 若容器变长，则以默认值填充新位置。 如果容器变短，则末尾超出容器长度的元素被删除。 resize(num, elem);//重新指定容器的长度为num， 若容器变长，则以elem值填充新位置。 如果容器变短，则末尾超出容器长度的元素被删除。 |
7.4 list赋值操作
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assign(beg, end);//将[beg, end)区间中的数据拷贝赋值给本身。 assign(n, elem);//将n个elem拷贝赋值给本身。 list& operator=(const list &lst);//重载等号操作符 swap(lst);//将lst与本身的元素互换。 |
7.5 list数据的存取
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front();//返回第一个元素。 back();//返回最后一个元素。 |
7.6 list反转排序
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reverse();//反转链表，比如lst包含1,3,5元素，运行此方法后，lst就包含5,3,1元素。 sort(); //list排序 |
八、set/multiset容器
Set的特性是。所有元素都会根据元素的键值自动被排序。Set的元素不像map那样可以同时拥有实值和键值，set的元素即是键值又是实值。Set不允许两个元素有相同的键值。
我们可以通过set的迭代器改变set元素的值吗？不行，因为set元素值就是其键值，关系到set元素的排序规则。如果任意改变set元素值，会严重破坏set组织。换句话说，set的iterator是一种const_iterator.
set拥有和list某些相同的性质，当对容器中的元素进行插入操作或者删除操作的时候，操作之前所有的迭代器，在操作完成之后依然有效，只有被删除的那个元素的迭代器才无效。
multiset特性及用法和set完全相同，唯一的差别在于它允许键值重复。set和multiset的底层实现是红黑树，红黑树为平衡二叉树的一种。
8.1 set构造函数
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set<T> st;//set默认构造函数： mulitset<T> mst; //multiset默认构造函数: set(const set &st);//拷贝构造函数 |
8.2 set赋值操作
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set& operator=(const set &st);//重载等号操作符 swap(st);//交换两个集合容器 |
8.3 set大小操作
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size();//返回容器中元素的数目 empty();//判断容器是否为空 |
8.4 set插入和删除操作
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insert(elem);//在容器中插入元素。 clear();//清除所有元素 erase(pos);//删除pos迭代器所指的元素，返回下一个元素的迭代器。 erase(beg, end);//删除区间[beg,end)的所有元素 ，返回下一个元素的迭代器。 erase(elem);//删除容器中值为elem的元素。 |
8.5 set查找操作
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find(key);//查找键key是否存在,若存在，返回该键的元素的迭代器；若不存在，返回set.end(); count(key);//查找键key的元素个数 lower_bound(keyElem);//返回第一个key>=keyElem元素的迭代器。 upper_bound(keyElem);//返回第一个key>keyElem元素的迭代器。 equal_range(keyElem);//返回容器中key与keyElem相等的上下限的两个迭代器。 |
8.6 对组(pair)
对组(pair)将一对值组合成一个值，这一对值可以具有不同的数据类型，两个值可以分别用pair的两个公有属性first和second访问。
//第一种方法创建一个对组
pair<string, int> pair1(string("name"), 20);
cout << pair1.first << endl; //访问pair第一个值
cout << pair1.second << endl;//访问pair第二个值
//第二种
pair<string, int> pair2 = make_pair("name", 30);
cout << pair2.first << endl;
cout << pair2.second << endl;
//pair=赋值
pair<string, int> pair3 = pair2;
cout << pair3.first << endl;
cout << pair3.second << endl;
九、map/multimap容器
Map的特性是，所有元素都会根据元素的键值自动排序。Map所有的元素都是pair,同时拥有实值和键值，pair的第一元素被视为键值，第二元素被视为实值，map不允许两个元素有相同的键值。
我们可以通过map的迭代器改变map的键值吗？答案是不行，因为map的键值关系到map元素的排列规则，任意改变map键值将会严重破坏map组织。如果想要修改元素的实值，那么是可以的。
Map和list拥有相同的某些性质，当对它的容器元素进行新增操作或者删除操作时，操作之前的所有迭代器，在操作完成之后依然有效，当然被删除的那个元素的迭代器必然是个例外。
Multimap和map的操作类似，唯一区别multimap键值可重复。
Map和multimap都是以红黑树为底层实现机制。
9.1 map构造函数
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map<T1, T2> mapTT;//map默认构造函数: map(const map &mp);//拷贝构造函数 |
9.2 map赋值操作
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map& operator=(const map &mp);//重载等号操作符 swap(mp);//交换两个集合容器 |
9.3 map大小操作
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size();//返回容器中元素的数目 empty();//判断容器是否为空 |
9.4 map插入数据元素操作
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map.insert(...); //往容器插入元素，返回pair<iterator,bool> map<int, string> mapStu; // 第一种 通过pair的方式插入对象 mapStu.insert(pair<int, string>(3, "小张")); // 第二种 通过pair的方式插入对象 mapStu.inset(make_pair(-1, "校长")); // 第三种 通过value_type的方式插入对象 mapStu.insert(map<int, string>::value_type(1, "小李")); // 第四种 通过数组的方式插入值 mapStu[3] = "小刘"; mapStu[5] = "小王"; |
9.5 map删除操作
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clear();//删除所有元素 erase(pos);//删除pos迭代器所指的元素，返回下一个元素的迭代器。 erase(beg,end);//删除区间[beg,end)的所有元素 ，返回下一个元素的迭代器。 erase(keyElem);//删除容器中key为keyElem的对组。 |
9.6 map查找操作
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find(key);//查找键key是否存在,若存在，返回该键的元素的迭代器；/若不存在，返回map.end(); count(keyElem);//返回容器中key为keyElem的对组个数。对map来说，要么是0，要么是1。对multimap来说，值可能大于1。 lower_bound(keyElem);//返回第一个key>=keyElem元素的迭代器。 upper_bound(keyElem);//返回第一个key>keyElem元素的迭代器。 equal_range(keyElem);//返回容器中key与keyElem相等的上下限的两个迭代器。 |