文章目录

1. 什么是STL？
2. STL的优势
3. STL版本？
4. STL的六大组件
5. 学习建议
6. 为什么需要迭代器？
7. 自己实现迭代器iterator
8. STL中的5种迭代器
9. STL中的iterator类
10. 序列容器对比
11. 容器适配器对比
12. 关联容器对比

C++ STL标准库系列文章：

[STL] 1.简介
[STL] 2.序列容器固定数组array(C++ 11)
[STL] 3.序列容器动态数组vector
[STL] 4.序列容器双端队列deque
[STL] 5.序列容器双向链表list
[STL] 6.序列容器单向链表forward_list(C++ 11)
[STL] 7.适配器简介
[STL] 8.容器适配器栈stack
[STL] 9.容器适配器队列queue
[STL] 10.容器适配器优先队列priority_queue
[STL] 11.关联容器集合set
[STL] 12.关联容器映射map
[STL] 13.关联容器多重集合multiset
[STL] 14.关联容器多重映射multimap
[STL] 15.关联容器无序集合unordered_set(C++ 11)
[STL] 16.关联容器无序集合unordered_map(C++ 11)
[STL] 17.仿函数functor与函数对象
[STL] 18.预定义函数对象、仿函数适配器
[STL] 19.算法algorithm
[STL] 20.迭代器适配器
[STL] 21.空间配置器allocator

1. 什么是STL？

标准模板库 - 维基百科，自由的百科全书 (wikipedia.org)

标准模板库（英文：Standard Template Library，缩写：STL），是一个C++软件库，大量影响了C++标准程序库但并非是其的一部分。其中包含4个组件，分别为算法、容器、函数、迭代器。[1]

模板是C++程序设计语言中的一个重要特征，而标准模板库正是基于此特征。标准模板库使得C++编程语言在有了同Java一样强大的类库的同时，保有了更大的可扩展性。

2. STL的优势

功能强大、代码精致

STL由惠普实验室的无数大牛们开发，设计精巧，功能强大，集成了优秀的算法。

高可重用性

ST广泛使用模板泛型编程，代码具有高度的复用性。

高性能、工业强度

ST提供的算法具有工业强度，高性能，用它可开发出性能高效的应用程序。

开源跨平台

STL跨平台，而且开源，开发者可以很容易借鉴与扩展。

3. STL版本？

HP STL

HP STL是Alexandar Stepanov在惠普Palo Alto实验室工作时，与Meng Lee合作完成的。HP STL是C++ STL的第一个实现版本，而且是开放源码。其它版本的C++ STL一般是以HP STL为蓝本实现出来的。

SGI STL

由Silicon Graphics Computer Systems公司参照HP STL实现，主要设计者仍然是STL之父Alexandar Stepanov，被Linux的C++编译器GCC所采用。SGI STL是开源软件，源码可读性甚高。

STLport

为了使SGI STL的基本代码都适用于VC++和C++ Builder等多种编译器，俄国人Boris Fomitchev建立了一个free项目来开发STLport，此版本STL是开放源码的。

P.J.Plauger STL

由P.J.Plauger参照HP STL实现出来，被Visual C++编译器所采用，但不是开源的。

Rouge Wave STL

由Rouge Wave公司参照HP STL实现，用于Borland C++编译器中，这个版本的STL也不是开源的。

4. STL的六大组件

1、容器（Containers）：各种数据结构，如Vector,List,Deque,Set,Map,用来存放数据，STL容器是一种Class Template,就体积而言，这一部分很像冰山载海面的比率。

2、算法（Algorithms）：各种常用算法如Sort,Search,Copy,Erase,从实现的角度来看，STL算法是一种Function Templates。

3、迭代器（Iterators）：扮演容器与算法之间的胶合剂，是所谓的“泛型指针”，共有五种类型，以及其它衍生变化，从实现的角度来看，迭代器是一种将：Operators*,Operator->,Operator++,Operator–等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——是的，只有容器设计者才知道如何遍历自己的元素，原生指针（Native pointer）也是一种迭代器。

4、仿函数（Functors）：行为类似函数，可作为算法的某种策略（Policy）,从实现的角度来看，仿函数是一种重载了Operator()的Class 或 Class Template。一般函数指针可视为狭义的仿函数。

5、配接器（适配器）（Adapters）：一种用来修饰容器（Containers）或仿函数（Functors）或迭代器（Iterators）接口的东西，例如：STL提供的Queue和Stack，虽然看似容器，其实只能算是一种容器配接器，因为它们的底部完全借助Deque，所有操作有底层的Deque供应。改变Functor接口者，称为Function Adapter;改变Container接口者，称为Container Adapter;改变Iterator接口者，称为Iterator Adapter。配接器的实现技术很难一言蔽之，必须逐一分析。

6、分配器（Allocators）：负责空间配置与管理，从实现的角度来看，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 Template。

——《STL源码剖析》

5. 学习建议

路线：

C++数据结构
C++模板
STL标准库
Boost库

资源：

Containers - C++ Reference (cplusplus.com)

cppreference.com

6. 为什么需要迭代器？

#include "stdafx.h"
#include<iostream>
using namespace  std;/* 思考题一
现在有一个数组  int  arr[5] = { 1,2,3,4,5 };
void   Print(int  *begin, int  *end)
{
//此处编写代码
}
让 Print(arr, arr + 5);  实现打印所有元素？
*//*
void   Print(int  *begin, int  *end)
{//此处编写代码for (int *p = begin; p != end; ++p)//利用指针的++，依次访问每个元素{cout << *p << "        ";}cout << endl;
}
*//*  思考题二现在有一个链表，有5个Node节点：struct   Node
{
int  data;
Node*  next;
};void   Print(Node *begin, Node *end)
{
//此处编写代码
}让 Print(pHead,  pTail );  实现打印所有元素？
*/struct   Node
{int  data;Node*  next;
};ostream & operator <<(ostream&  o,const  Node &node)
{o << node.data << endl;return   o;
}/*
void   Print(Node *begin, Node *end)
{//此处编写代码for (Node *p    =begin;  p!= end ;  p=p->next) //指向下一个节点{cout << (*p).data << "     "; }cout << endl;
}
*///思考题三
//写出一个通用的Print 函数模板
template<class T>
void   Print(T  begin, T  end)
{//此处编写代码for (T  p = begin; p != end; ++p){cout << *p << "     ";}cout << endl;
}int main()
{//题目一测试int  arr[5] = { 1,2,3,4,5 };Print(arr, arr + 5); //arr + 5是指向 最后一个元素下一个的位置//Print<int *>(arr, arr + 5);//调用模板函数//题目二测试Node  n1;n1.data = 11;Node  n2;n2.data =22;Node  n3;n3.data = 33;Node  n4;n4.data = 44;Node  n5;n5.data = 55;n1.next = &n2;n2.next = &n3;n3.next = &n4;n4.next = &n5;n5.next = NULL;Print(&n1, n5.next);return 0;
}

7. 自己实现迭代器iterator

迭代器（iterator）是指针的抽象，它允许程序员以相同的方式处理不同的数据结构（容器）。

迭代器支持的一些基本操作:

=：迭代器赋值
==：比较迭代器的相等性
!=：比较迭代器的不等性
++：迭代器向后移动
--：迭代器向前移动
*：解引用，返回迭代器指向的元素

#include "stdafx.h"
#include<iostream>
using namespace  std;//思考题三
//写出一个通用的Print 函数模板
template<class T>
void   Print(T  begin, T  end)
{//此处编写代码for (T  p = begin; p != end; ++p){cout << *p << "     ";}cout << endl;
}//虽然数组不需要迭代器，因为指针就是一种特殊的迭代器
//也可以设计一个数组迭代器
class  ArrayIterator
{public:ArrayIterator(int *p) : _p(p) {}ArrayIterator  &  operator++(){ ++_p;//指针就是++指向下一个return  *this ;}bool   operator!=(const ArrayIterator & it){return  _p != it._p;}int&   operator*(){return   *_p;}//private: int * _p;
};//考虑设计一个中间类，让它支持operator ++，实际实现是链表的p=p->next
//链表迭代器
class  ListIterator
{public:ListIterator(Node *p) : _p(p) {} ListIterator  &  operator++(){//链表的真正操作_p = _p->next;return  *this;}bool   operator!=(const ListIterator & it){return  _p != it._p;}Node&   operator*( ){return   *_p;}
//private: Node * _p;
};int main()
{//使用链表迭代器ListIterator begin(&n1);ListIterator end(n5.next);Print(begin, end);return 0;
}

8. STL中的5种迭代器

输入迭代器（Input iterator）
输出迭代器（Output Iterator)
前向迭代器（Forward iterator）
双向迭代器（Bidirectional iterator）
随机访问迭代器（Random Access iterator）

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-on3WXlhN-1620021492142)(C:\Users\tangx\AppData\Roaming\Typora\typora-user-images\image-20210503133856493.png)]

不同的数据结构（容器）支持的迭代器类型不同，比如数组结构可支持随机访问迭代器，但是链表结构就无法支持，链表往往设计为双向迭代器。

9. STL中的iterator类

iterator类是一个基类模板，可用于从它派生迭代器类。它不提供迭代器具有的任何功能，仅提供了些默认成员类型，这些并不是迭代器类型必须需具备的，它们可能是有用的。

定义：

iterator - C++ Reference (cplusplus.com)

template <class Category, class T, class Distance = ptrdiff_t,class Pointer = T*, class Reference = T&>struct iterator {typedef T         value_type;typedef Distance  difference_type;typedef Pointer   pointer;typedef Reference reference;typedef Category  iterator_category;};

Category

迭代器所属的类别。它必须是以下迭代器标签之一：

迭代器标签	迭代器的类别	迭代器类型
input_iterator_tag	Input Iterator	输入迭代器
output_iterator_tag	Output Iterator	输出迭代器
forward_iterator_tag	Forward Iterator	前向迭代器
bidirectional_iterator_tag	Bidirectional Iterator	双向迭代器
random_access_iterator_tag	Random-access Iterator	随机访问迭代器

迭代器指向的元素类型。

Distance

键入以表示两个迭代器之间的差异。

Pointer

类型，表示指向迭代器指向的元素的指针。

Reference

类型，表示对迭代器指向的元素的引用。

示例代码：

#include "stdafx.h"
#include<iostream>
#include<iterator>using namespace  std;class  A
{public:typedef  int  MYINT;  //内部类型using   MYFLOAT = float; //内部类型
};class MyIterator : public std::iterator<std::random_access_iterator_tag, int>
{int* p;
public:MyIterator(int* x) :p(x) {}MyIterator(const MyIterator& mit) : p(mit.p) {}MyIterator& operator++() { ++p; return *this; }MyIterator operator++(int) { MyIterator tmp(*this); operator++(); return tmp; }bool operator==(const MyIterator& rhs) const { return p == rhs.p; }bool operator!=(const MyIterator& rhs) const { return p != rhs.p; }int& operator*() { return *p; }//int &operator[](int index) {    return   *(p + index); }
};int main()
{//A::MYINT  a = 100;//A::MYFLOAT b = 100;//定义一个迭代器对象iterator<  input_iterator_tag   , int>  it ;//内部类型：iterator_category代表迭代器类别类型cout << typeid(iterator<input_iterator_tag, int>::iterator_category).name() << endl;//迭代器指向元素的类型cout << typeid( iterator<input_iterator_tag, int>::value_type).name() << endl;//迭代器指向元素的指针类型cout << typeid(iterator<input_iterator_tag, int>::pointer).name() << endl;//迭代器指向元素的引用类型 cout << typeid(iterator<input_iterator_tag, int>::reference).name() << endl;//迭代器指向元素的指针类型 相减得到的差值类型cout << typeid(iterator<input_iterator_tag, int>::difference_type).name() << endl;iterator<input_iterator_tag, int>::value_type  a = 100;iterator<input_iterator_tag, int>::pointer  pA = &a;iterator<input_iterator_tag, int>::reference  b=a;cout << a << "     " << *pA << endl;b = 200;cout << a<<"        "<< b << endl;iterator<input_iterator_tag, int>::pointer  pB = &a+2;iterator<input_iterator_tag, int>::difference_type  c = pB - pA;cout << c << endl;//测试自定义的迭代器int numbers[] = { 10,20,30,40,50 };MyIterator from(numbers);MyIterator until(numbers + 5);for (MyIterator it = from; it != until; it++)std::cout << *it << ' ';std::cout << '\n';//cout << from[3] << endl;MyIterator::value_type  x = 100;return 0;
}

10. 序列容器对比

序列容器	数据结构	底层实现	迭代器	优缺点
`array` (c++11)	固定数组	普通数组、连续内存	随机访问迭代器	快速随机访问、在中间插入、删除元素效率较低、无法扩容
`vector`	动态数组	`new 堆内存`、连续内存	随机访问迭代器	快速随机访问、在中间插入、删除元素效率较低、容量可动态增长
`deque`	双端队列	一个中央控制器和多个缓冲区、不连续	随机访问迭代器	快速随机访问、两端插入、删除效率高
`list`	双向链表	双向链表、不连续	双向迭代器	不支持随机访问、可双向遍历、任意位置插入、删除元素效率高
`forward_list` (c++11)	单向链表	单向链表、不连续	前向迭代器	不支持随机访问、单向遍历、任意位置插入、删除元素效率高

11. 容器适配器对比

容器适配器	数据结构	底层实现	迭代器	特点
`stack`	栈	底层默认用`queue`实现，也可以是`vector`、`list`	不支持	先进后出 FILO
`queue`	队列	底层默认用`queue`实现，也可以是`list`	不支持	先进先出 FIFO
`priority_queue`	优先队列	底层默认用`vector`为容器，使用堆`heap`为处理规则来排序。容器也可以是`deque`	不支持	优先级最高（或最低）的元素先出

12. 关联容器对比

序列容器	数据结构	底层实现	迭代器	优缺点
`set`	集合	红黑树	双向迭代器	key唯一、有序
`map`	映射	红黑树	双向迭代器	key唯一、有序、value可重复
`multiset`	多重集合	红黑树	双向迭代器	key可重复、有序
`multimap`	多重映射	红黑树	双向迭代器	key可重复、有序、value可重复
`unordered_set`	无序集合	哈希表	双向迭代器	key唯一、无序
`unordered_map`	无序映射	哈希表	双向迭代器	key唯一、无序、value可重复
`unordered_multiset` (c++11)	无序多重集合	哈希表	双向迭代器	key可重复、无序
`unordered_multimap` (c++11)	无序多重映射	哈希表	双向迭代器	key可重复、无序、value可重复

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