c++复习：STL之理论基础

1 STL(标准模板库)理论基础

1.1基本概念

STL（Standard Template Library，标准模板库)是惠普实验室开发的一系列软件的统称。现然主要出现在C++中，但在被引入C++之前该技术就已经存在了很长的一段时间。

STL的从广义上讲分为三类：algorithm（算法）、container（容器）和iterator（迭代器），容器和算法通过迭代器可以进行无缝地连接。几乎所有的代码都采 用了模板类和模板函数的方式，这相比于传统的由函数和类组成的库来说提供了更好的代码重用机会。在C++标准中，STL被组织为下面的13个头文 件：、、、、、、

STL详细的说六大组件

• 容器（Container）
• 算法（Algorithm）
• 迭代器（Iterator）
• 仿函数（Function object）
• 适配器（Adaptor）
• 空间配制器（allocator）

使用STL的好处

1）STL是C++的一部分，因此不用额外安装什么，它被内建在你的编译器之内。

2）STL的一个重要特点是数据结构和算法的分离。尽管这是个简单的概念，但是这种分离确实使得STL变得非常通用。

例如，在STL的vector容器中，可以放入元素、基础数据类型变量、元素的地址；

STL的sort()函数可以用来操作vector,list等容器。

1. 程序员可以不用思考STL具体的实现过程，只要能够熟练使用STL就OK了。这样他们就可以把精力放在程序开发的别的方面。
2. STL具有高可重用性，高性能，高移植性，跨平台的优点。

高可重用性：STL中几乎所有的代码都采用了模板类和模版函数的方式实现，这相比于传统的由函数和类组成的库来说提供了更好的代码重用机会。关于模板的知识，已经给大家介绍了。

高性能：如map可以高效地从十万条记录里面查找出指定的记录，因为map是采用红黑树的变体实现的。(红黑树是平横二叉树的一种)

高移植性：如在项目A上用STL编写的模块，可以直接移植到项目B上。

        跨平台：如用windows的Visual Studio编写的代码可以在Mac OS的XCode上直接编译。

1. 程序员可以不用思考STL具体的实现过程，只要能够熟练使用STL就OK了。这样他们就可以把精力放在程序开发的别的方面。
2. 了解到STL的这些好处，我们知道STL无疑是最值得C++程序员骄傲的一部分。每一个C＋＋程序员都应该好好学习STL。只有能够熟练使用STL的程序员，才是好的C++程序员。
3. 总之：招聘工作中，经常遇到C++程序员对STL不是非常了解。大多是有一个大致的映像，而对于在什么情况下应该使用哪个容器和算法都感到比较茫然。STL是C++程序员的一项不可或缺的基本技能，掌握它对提升C++编程大有裨益。

1.2 容器

在实际的开发过程中，数据结构本身的重要性不会逊于操作于数据结构的算法的重要性，当程序中存在着对时间要求很高的部分时，数据结构的选择就显得更加重要。

　　经典的数据结构数量有限，但是我们常常重复着一些为了实现向量、链表等结构而编写的代码，这些代码都十分相似，只是为了适应不同数据的变化而在 细节上有所出入。STL容器就为我们提供了这样的方便，它允许我们重复利用已有的实现构造自己的特定类型下的数据结构，通过设置一些模板，STL容器对最常用的数据结构提供了支持，这些模板的参数允许我们指定容器中元素的数据类型，可以将我们许多重复而乏味的工作简化。

容器部分主要由头文 件,,,,

1.2.1容器的概念

用来管理一组元素

1.2.2容器的分类

序列式容器（Sequence containers）

每个元素都有固定位置－－取决于插入时机和地点，和元素值无关。

vector、deque、list

关联式容器（Associated containers）

元素位置取决于特定的排序准则，和插入顺序无关

set、multiset、map、multimap

1.3迭代器

迭代器从作用上来说是最基本的部分，可是理解起来比前两者都要费力一些。软件设计有一个基本原则，所有的问题都可以通过引进一个间接层来简化， 这种简化在STL中就是用迭代器来完成的。概括来说，迭代器在STL中用来将算法和容器联系起来，起着一种黏和剂的作用。几乎STL提供的所有算法都是通 过迭代器存取元素序列进行工作的，每一个容器都定义了其本身所专有的迭代器，用以存取容器中的元素。

　　迭代器部分主要由头文件,和组 成。是一个很小的头文件，它包括了贯穿使用在STL中的几个模板的声明，中提供了迭代器 使用的许多方法，而对于的描述则十分的困难，它以不同寻常的方式为容器中的元素分配存储空间，同时也为某些算法执行期间产生 的临时对象提供机制,中的主要部分是模板类allocator，它负责产生所有容器中的默认分配器。

1.4算法

函数库对数据类型的选择对其可重用性起着至关重要的作用。举例来说，一个求方根的函数，在使用浮点数作为其参数类型的情况下的可重用性肯定比使 用整型作为它的参数类性要高。而C++通过模板的机制允许推迟对某些类型的选择，直到真正想使用模板或者说对模板进行特化的时候，STL就利用了这一点提 供了相当多的有用算法。它是在一个有效的框架中完成这些算法的——可以将所有的类型划分为少数的几类，然后就可以在模版的参数中使用一种类型替换掉同一种 类中的其他类型。

　　STL提供了大约100个实现算法的模版函数，比如算法for_each将为指定序列中的每一个元素调用指定的函数，stable_sort以 你所指定的规则对序列进行稳定性排序等等。这样一来，只要熟悉了STL之后，许多代码可以被大大的化简，只需要通过调用一两个算法模板，就可以完成所需要 的功能并大大地提升效率。

算法部分主要由头文件，和组 成。是所有STL头文件中最大的一个（尽管它很好理解），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。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。中则定义了一些模板类， 用以声明函数对象。

1.5 C++标准库

C++强大的功能来源于其丰富的类库及库函数资源。C++标准库的内容总共在50个标准头文件中定义。在C++开发中，要尽可能地利用标准库完 成。这样做的直接好处包括：

（1）成本：已经作为标准提供，何苦再花费时间、人力重新开发呢；

（2）质量：标准库的都是经过严格测试的，正确性有保证；

（3）效率：关于人的效率已经体现在成本中了，关于代码的执行效率要相信实现标准库的大牛们的水平；

（4）良好的编程风格：采用行业中普遍的做法进行开发。

在C++程序设计课程中，尤其是作为第一门程序设计课程，我们注重了语法、语言的机制等方面的内容。程序设计能力的培养有个过程，跨过基本的原 理性知识直接进入到工程中的普遍做法，由于跨度决定了其难度。再者，在掌握了基本原理的基础上，在认识标准库的问题上完全可以凭借实践，逐步地掌握。标准库的学习不需要认认真真地读书，需要的是在了解概貌的情况下，在实践中深入。

C++标准库的内容分为10类，分别是（建议在阅读中，将你已经用过或听说过的头文件划出来）：　　

C1. 标准库中与语言支持功能相关的头文件

C2. 支持流输入/输出的头文件

C3. 与诊断功能相关的头文件

C4. 定义工具函数的头文件

C5. 支持字符串处理的头文件

C6. 定义容器类的模板的头文件

C7. 支持迭代器的头文件

C8. 有关算法的头文件

C9. 有关数值操作的头文件

C 有关本地化的头文件

C++标准库的所有头文件都没有扩展名。C++标准库以形式的标准头文件提供。在 形式标准的头文件中，与宏相关的名称在全局作用域中定义，其他名称在std命名空间中声明。在C++中还可以使用name.h 形式的标准C库头文件名

1.6模板简要回顾

• 模板是实现代码重用机制的一种工具，实质就是实现类型参数化，即把类型定义为参数。
• C++提供两种模板：函数模板，类模板

函数模板的简介

• 函数模板就是建立一个通用的函数，其函数返回类型和形参类型不具体指定，而是用虚拟的类型来代表。
• 凡是函数体相同的函数都可以用函数模板来代替，不必定义多个函数，只需在模板中定义一次即可。
• 在调用函数时系统会根据实参的类型来取代模板中的虚拟类型，从而实现了不同函数的功能。

类模板的简介

• 我们先来看一下下面这个类，求最大值的类
• 和函数模板一样，类模板就是建立一个通用类，其数据成员的类型、成员函数的返回类型和参数类形都可以不具体指定，而用虚拟的类型来代表。

当使用类模板建立对象时，系统会根据实参的类型取代类模板中的虚拟类型，从而实现不同类的功能。

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