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C++ 培训之C++STL 一般总结(一)

更新时间:2016年08月26日16时41分 来源:传智播客C++培训学院 浏览次数:

一、一般介绍
      STL(Standard Template Library),即标准模板库,是一个具有工业强度的,高效的C++程序库。它被容纳于C++标准程序库(C++ Standard Library)中,是ANSI/ISO C++标准中最新的也是极具革命性的一部分。该库包含了诸多在计算机科学领域里所常用的基本数据结构和基本算法。为广大C++程序员们提供了一个可扩展的应用框架,高度体现了软件的可复用性。
      从逻辑层次来看,在STL中体现了泛型化程序设计的思想(generic programming),引入了诸多新的名词,比如像需求(requirements),概念(concept),模型(model),容器(container),算法(algorithmn),迭代子(iterator)等。与OOP(object-oriented programming)中的多态(polymorphism)一样,泛型也是一种软件的复用技术;
       从实现层次看,整个STL是以一种类型参数化(type parameterized)的方式实现的,这种方式基于一个在早先C++标准中没有出现的语言特性--模板(template)。如果查阅任何一个版本的STL源代码,你就会发现,模板作为构成整个STL的基石是一件千真万确的事情。除此之外,还有许多C++的新特性为STL的实现提供了方便;
 
二、STL的六大组件
  • 容器(Container),是一种数据结构,如list,vector,和deques ,以模板类的方法提供。为了访问容器中的数据,可以使用由容器类输出的迭代器;
  • 迭代器(Iterator),提供了访问容器中对象的方法。例如,可以使用一对迭代器指定list或vector中的一定范围的对象。迭代器就如同一个指针。事实上,C++的指针也是一种迭代器。但是,迭代器也可以是那些定义了operator*()以及其他类似于指针的操作符地方法的类对象;
  • 算法(Algorithm),是用来操作容器中的数据的模板函数。例如,STL用sort()来对一个vector中的数据进行排序,用find()来搜索一个list中的对象,函数本身与他们操作的数据的结构和类型无关,因此他们可以在从简单数组到高度复杂容器的任何数据结构上使用;
  • 仿函数(Function object,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
  • 迭代适配器(Adaptor)
  • 空间配制器(allocator)其中主要工作包括两部分1.对象的创建与销毁    2.内存的获取与释放
以下主要讨论:容器,迭代器,算法,适配器。如欲详加了解 参见C++ Primer 
 
1.STL容器
1)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;
    Vectors:将元素置于一个动态数组中加以管理,可以随机存取元素(用索引直接存取),数组尾部添加或移除元素非常快速。但是在中部或头部安插元素比较费时;
    Deques:是“double-ended queue”的缩写,可以随机存取元素(用索引直接存取),数组头部和尾部添加或移除元素都非常快速。但是在中部或头部安插元素比较费时;
   Lists:双向链表,不提供随机存取(按顺序走到需存取的元素,O(n)),在任何位置上执行插入或删除动作都非常迅速,内部只需调整一下指针;
2)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;
    Sets/Multisets:内部的元素依据其值自动排序,Set内的相同数值的元素只能出现一次,Multisets内可包含多个数值相同的元素,内部由二叉树实现(实际上基于红黑树(RB-tree)实现),便于查找;
    Maps/Multimaps:Map的元素是成对的键值/实值,内部的元素依据其值自动排序,Map内的相同数值的元素只能出现一次,Multimaps内可包含多个数值相同的元素,内部由二叉树实现(实际上基于红黑树(RB-tree)实现),便于查找;
另外有其他容器hash_map,hash_set,hash_multiset,hash_multimap。
  容器的比较:
Vector Deque List Set MultiSet Map MultiMap
内部结构 dynamic array array of arrays double linked list binary tree binary tree binary tree binary tree
随机存取 Yes Yes No No No Yes(key) No
搜索速度 很慢
快速插入移除 尾部 首尾 任何位置 -- -- -- --
 
2.STL迭代器 
Iterator(迭代器)模式又称Cursor(游标)模式,用于提供一种方法顺序访问一个聚合对象中各个元素, 而又不需暴露该对象的内部表示。或者这样说可能更容易理解:Iterator模式是运用于聚合对象的一种模式,通过运用该模式,使得我们可以在不知道对象内部表示的情况下,按照一定顺序(由iterator提供的方法)访问聚合对象中的各个元素。
迭代器的作用:能够让迭代器与算法不干扰的相互发展,最后又能无间隙的粘合起来,重载了*,++,==,!=,=运算符。用以操作复杂的数据结构,容器提供迭代器,算法使用迭代器;
常见的一些迭代器类型:iterator、const_iterator、reverse_iterator和const_reverse_iterator
迭代器一般声明使用示例
vector<T>::iterator it;
list<T>::iterator it;
deque<T>::iterator it;

            input         output
              \            /  
                forward
                     |
                bidirectional
                     |
               random access                                       
 
要注意,上面这图表并不是表明它们之间的继承关系:而只是描述了迭代器的种类和接口。处于图表下层的迭代器都是相对于处于图表上层迭代器的扩张集。例如:forward迭代器不但拥有input和output迭代器的所有功能,还拥有更多的功能。
各个迭代器的功能如下:
迭代器类别 说明
输入 从容器中读取元素。输入迭代器只能一次读入一个元素向前移动,
输入迭代器只支持一遍算法,同一个输入迭代器不能两遍遍历一个序列
输出 向容器中写入元素。输出迭代器只能一次一个元素向前移动。
输出迭代器只支持一遍算法,统一输出迭代器不能两次遍历一个序列
正向 组合输入迭代器和输出迭代器的功能,并保留在容器中的位置
双向 组合正向迭代器和逆向迭代器的功能,支持多遍算法
随机访问 组合双向迭代器的功能与直接访问容器中任何元素的功能,
即可向前向后跳过任意个元素
迭代器的操作:
每种迭代器均可进行包括表中前一种迭代器可进行的操作。
迭代器操作 说明
所有迭代器
p++ 后置自增迭代器
++p 前置自增迭代器
输入迭代器
*p 复引用迭代器,作为右值
p=p1 将一个迭代器赋给另一个迭代器
p==p1 比较迭代器的相等性
p!=p1 比较迭代器的不等性
输出迭代器
*p 复引用迭代器,作为左值
p=p1 将一个迭代器赋给另一个迭代器
正向迭代器 提供输入输出迭代器的所有功能
双向迭代器
--p 前置自减迭代器
p-- 后置自减迭代器
随机迭代器
p+=i 将迭代器递增i位
p-=i 将迭代器递减i位
p+i 在p位加i位后的迭代器
p-i 在p位减i位后的迭代器
p[i] 返回p位元素偏离i位的元素引用
p<p1 如果迭代器p的位置在p1前,返回true,否则返回false
p<=p1 p的位置在p1的前面或同一位置时返回true,否则返回false
p>p1 如果迭代器p的位置在p1后,返回true,否则返回false
p>=p1 p的位置在p1的后面或同一位置时返回true,否则返回false
只有顺序容器和关联容器支持迭代器遍历,各容器支持的迭代器的类别如下:
容器 支持的迭代器类别 说明
vector 随机访问 一种随机访问的数组类型,提供了对数组元素进行快速随机访问以及在序列尾部进行快速的插入和删除操作的功能。可以再需要的时候修改其自身的大小
deque 随机访问 一种随机访问的数组类型,提供了序列两端快速进行插入和删除操作的功能。可以再需要的时候修改其自身的大小
list 双向 一种不支持随机访问的数组类型,插入和删除所花费的时间是固定的,与位置无关。
set 双向 一种随机存取的容器,其关键字和数据元素是同一个值。所有元素都必须具有惟一值。
multiset 双向 一种随机存取的容器,其关键字和数据元素是同一个值。可以包含重复的元素。
map 双向 一种包含成对数值的容器,一个值是实际数据值,另一个是用来寻找数据的关键字。一个特定的关键字只能与一个元素关联。
multimap 双向 一种包含成对数值的容器,一个值是实际数据值,另一个是用来寻找数据的关键字。一个关键字可以与多个数据元素关联。
stack 不支持 适配器容器类型,用vector,deque或list对象创建了一个先进后出容器
queue 不支持 适配器容器类型,用deque或list对象创建了一个先进先出容器
priority_queue 不支持 适配器容器类型,用vector或deque对象创建了一个排序队列

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作者:传智播客C/C++培训学院
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