七、STL标准模板库大局观

Author: XFFer_

先分享一本 《C++ 标准库第二版》 ，望在STL的道路上从入门到放弃！(开玩笑的啦，愈行愈远~)
链接： https://pan.baidu.com/s/1nna7m5F11poNNvEi2ydOyQ
提取码： otld

文章目录

七、STL标准模板库大局观
- 01 STL总述、发展史、组成，数据结构谈
- - 几个概念
  - 推荐书籍
  - STL发展史和各个版本
  - STL的组成部分
- 02 容器分类、array、vector容器精解
- - 容器的分类
  - 容器的说明
  - - array
    - vector
- 03 容器的说明和简单应用例续
- - deque和stack
  - list：双向链表
  - - `vector` 和 `list`之间的差别
  - 其他
- 04 分配器概述、使用，工作原理说
- - 分配器概述&分配器的使用
- 05 迭代器的概念和分类
- - 迭代器基本概念
  - 迭代器的分类
  - - 族谱smirk.jpg
    - 验证迭代器类型的代码
- 06 算法概述、内部处理、使用范例
- - - 算法概述
    - 算法内部的一些处理
  - 一些典型算法使用范例
  - - `for_each`
    - - 源码
      - 使用方法
    - `find`
    - `find_if`
    - `sort`
- 07 函数对象回顾、系统函数对象及范例
- - 函数对象(function object)、仿函数回顾(functors)
  - 标准库中定义的函数对象[functional](https://zh.cppreference.com/w/cpp/header/functional)->[第八章未归类知识点](https://blog.csdn.net/qq_44455588/article/details/104474038)
  - 标准库中定义的函数对象范例
- 08 适配器概念、分类、范例及总结
- - 容器适配器
  - - 算法适配器
    - 迭代器适配器

01 STL总述、发展史、组成，数据结构谈

1 几个概念
2 推荐书籍
3 算法和数据结构浅谈
4 STL发展史和各个版本
5 标准库的使用说明
6 STL的组成部分

几个概念

C++标准库：C++ Standard Library
标准模板库：Standard Template Library(STL)
泛型编程：Generic Programming

STL发展史和各个版本

HP STL： 惠普STL，是所有STL实现版本的始祖
SGI STL： 参考惠普STL实现的，Linux下的GNU C++(gccc, g++)使用
P.J.Plauger STL： Visual C++使用

STL的组成部分

容器： vector、list、map
迭代器： 用于遍历或者访问容器中的元素
算法： (函数)，用来实现一些功能，search、sort、copy…
分配器
其他： 适配器、仿函数等

02 容器分类、array、vector容器精解

1 容器的分类
2 容器的说明

array
vector

容器的分类

顺序容器(Sequence Container)：能控制插入位置
- array vector deque list forward_list
关联容器(Associative Container)：元素是 “键值对”，适合用来查找。能够控制插入内容，但不能控制插入位置
- set multiset map multimap
无序容器(Unordered Container)：C++11推出，元素位置不重要，重要的是否存在该元素
- unordered_set unordered_multiset unordered_map unordered_multimap

容器的说明

array

内存空间是连续的，大小是固定的

使用形式： array<type_name, N> value_name 可以就当做数组来用。

vector

vector有一个“空间”的概念，容器内存是紧挨着的，故vector从末尾添加元素push_back时，如果容器空间不足就会重新寻找一个足够大的内存存放对象。

容器中有多少个元素可以用size()来看，有多少空间可以用capacity()，capacity≥sizecapacity\geq sizecapacity≥size。

vector基础知识在前面的章节有所提到。

当erase(iter)容器内部一个元素时，处理是比较高效的，其后的元素地址都会顺次移动，仍然是连续的内存。
当insert(iter, value)插入一个元素时，代价很大，会造成其后的元素重新构造，导致降低效率。

故可以使用reserve(size)提前留出空间capacity，可以大量提高程序的预留效率。

03 容器的说明和简单应用例续

1 deque和stack
2 queue
3 list
4 其他

forward_list
set/map
unordered_set、unordered_multiset等

deque和stack

deque ：双端数列(double-ended queue) ，分段连续内存，以分段数组的形式存储。

#include <queue>deque<type_name> value_name;value_name.push_front(); //从队列的前面插入
value_name.push_back();     //从队列的后面插入
value_name.pop_front();     //从队列的前面删除
value_name.push_back();     //从队列的前面删除

stack：堆栈/栈，只有一个开口，后进先出，后进会放在栈顶，先进会压在栈底，不支持从总结插入/删除数据。deque实际上是包含着stack的功能的。

queue ：普通队列 先进先出

list：双向链表

不需要内存是连续的，查找效率不突出，但是在任意位置插入和删除元素非常迅速。

begin()/end() 返回一个起始位置/末端下一个位置的iterator
push_back() push_front() 在末端/头部插入元素
empty() 判断是否为空
resize() 将list长度改为容纳n个元素
clear() 清空
front() back() 获取头部/末端元素，不能为空
pop_front() pop_back() 从头部/末端删除一个元素
insert() 插入一个或多个元素
- insert(iter, value)
- insert(iter, number_of_v, value)
erase() 删除元素/区间内(用iter)元素

`vector` 和 `list`之间的差别

vector类似于数组，内存空间是连续的，list双线链表，内存空间并不连续
vector从中间或者开头插入元素效率比较低；但是list插入元素效率非常高
vector当内存不足时，会重新找一块内存，对原来的内存对象做析构，再在新的内存重新构造
vector能够高效的随机存取，而list做不到。vector可以通过迭代器，而list需要沿着链表一个个找，直到找到所需的元素

这里vector的细节知识可以参考C++中list用法详解，本文只是简单的总述STL标准库。

其他

forward_list：单向链表(受限list)
set / map：关联容器。内部实现的数据结构多为红黑树。这些容器没有push_front/back的操作，因为内存并不是规律的
- 常用操作↓

#include <map>
#include <functional>
#include <string>map<int, string> mymap;
map<string, function<int(int)>> mymap2; //可以存入函数类型为int(int)的函数//插入的五种方式
mymap.insert(pair<int, string>(000, "first"));mymap.insert(map<int, string>::value_type(000, "first"));mymap.insert(std::make_pair(000, "first"));mymap.insert({000, "first"});mymap[000] = "first"; //相同key可覆盖//find查找元素，返回迭代器指向当前查找元素的位置，否则返回map::end()位置即最后一个元素后(空)
auto iter = mymap.find(001);if (iter != mymap.end())cout << "find it!" << endl;
elsecout << "do not find" << endl;//删除与清空元素
auto iter = mymap.begin();
mymap.erase(iter);  //用迭代器删除mymap.erase(000);   //用键删除mymap.erase(mymap.begin(), mymap.end());  //范围删除，等同于mymap.clear();

快捷键补充
shift+Home 取光标前本行内容
shift+End 取光标后本行内容

04 分配器概述、使用，工作原理说

1 分配器概述
2 分配器的使用
3 其他的分配器及原理说
4 自定义分配器

这节很水smirk~，因为我菜所以没有去详细了解分配器

分配器概述&分配器的使用

内存分配器，通过测试没有采用内存池的技术

allocate(num) 是分配器内的重要函数，用来分配内存，这里的num值几个对象而不是字节数
deallocate(point, num) 用于释放函数，point是指向分配内存的指针

↓图为侯捷老师讲授分配器时使用过的

这里可以参考学习资料集聚地—小破站侯捷老师的STL源码剖析。

05 迭代器的概念和分类

1 迭代器基本概念
2 迭代器的分类

迭代器基本概念

迭代器用来表现容器中的某一个位置，紧密依赖于容器，是一个“可遍历STL容器全部或部分内容”的对象(行为类似于指针)。

//示例
vector<int> v = {1, 2, 3};
for (auto iter = v.begin(); iter != v.end(); iter++)
{cout << *iter << endl;
}

迭代器的分类

分类的依据：迭代器的移动特性，与内存的连续性也有关。

部分容器是没有提供迭代器的stack、queue，因为它们遵循后进先出和先进先出的规则。

输出型迭代器： (Output iterator) struct output_iterator_tag;
- 能力： 向前写入
- 提供者： ostream 、inserter
  - *iter = val 将val写☞迭代器所指位置
  - ++iter 向前步进，返回新位置
  - iter++ 向前步进，返回旧位置
  - TYPE(iter) 复制迭代器(copy构造函数)
输入型迭代器： (Input iterator) struct input_iterator_tag;
- 能力： 向前读取一次
- 提供者： Istream
  - *iter 读取实际元素
  - iter -> member 读取实际元素的成员
  - ++iter 向前步进，返回新位置
  - iter++ 向前步进，返回旧位置
  - iter1 == iter2 判断是否相等
  - iter1 != iter2 判断是否不等
  - TYPE(iter) 复制迭代器(copy构造函数)
前向迭代器： (Forward iterator) struct forward_iterator_tag; 继承自输入型迭代器
- 能力： 向前读取
- 提供者： Forward list、 unordered containers
  - 继承输入迭代器所有操作
  - iter1 == iter2 对迭代器赋值(assign)
双向迭代器： (Bidirectional iterator) struct bidirectional_iterator_tag; 继承自前向迭代器
- 能力： 向前和向后读取
- 提供者： list 、set、 multiset 、map、 multimap
  - --iter 步退，返回新位置
  - iter-- 步退，返回旧位置
随机访问迭代器： (random-access iterator) struct random_access_iterator_tag; 继承自双向迭代器
- 能力： 以随机访问方式读取
- 提供者： Array、 vector 、deque 、string 、C-style array
  - 增加了随机访问能力，可以计算距离增减某个偏移量(内存是连续的)
  - iter[n] 返回索引位置为n的元素
  - iter+=n 前进n个元素
  - iter-=n 回退n个元素
  - iter+n 返回iter之后的第n个元素
  - n+iter 返回iter之后的第n个元素
  - iter-n 返回iter之前的第n个元素
  - iter1-iter2 返回iter1和iter2之间的距离
  - iter1<iter2 判断iter1是否在iter2之前
  - iter1>iter2 判断iter1是否在iter2之后
  - iter1<=iter2 判断iter1是否不在iter2之后
  - iter1>=iter2 判断iter1是否不在iter2之前

族谱smirk.jpg

Created with Raphaël 2.2.0输入型迭代器前向迭代器双向迭代器随机访问迭代器

验证迭代器类型的代码

void _display_category(random_access_iterator_tag mytag)
{cout << "random_access_iterator_tag" << endl;
}
void _display_category(bidirectional_iterator_tag mytag)
{cout << "bidirectional_iterator_tag" << endl;
}
void _display_category(forward_iterator_tag mytag)
{cout << "forward_iterator_tag " << endl;
}
void _display_category(forward_iterator_tag mytag)
{cout << "forward_iterator_tag " << endl;
}
void _display_category(output_iterator_tag mytag)
{cout << "output_iterator_tag " << endl;
}
void _display_category(input_iterator_tag mytag)
{cout << "input_iterator_tag " << endl;
}template<typename T>
void display_category(T ite) {cout << "----------begin----------" << endl;//整个这个类型叫 过滤器(萃取机)，用来获取T迭代器类型的种类typename iterator_traits<T>::iterator_category cagy;_display_category(cagy);   //编译器挑选一个适合的重载函数，cagy就是迭代器的种类cout << "typeid(ite).name() = " << typeid(ite).name() << endl;cout << "----------end----------" << endl;
}display_category(vector<int>::iterator());   //这样就OK了

06 算法概述、内部处理、使用范例

1 算法概述
2 算法内部一些处理
3 一些典型的算法使用范例

for_each
find
find_if
sort

算法概述

函数模板(全局函数/全局函数模板)写成的，比如：查找、排序等。一般情况下，前两个参数一般都是迭代器类型，前闭后开[ , )。
算法这种泛型编程方式，增加灵活性，但是缺失了直观性，和某些数据结构兼容性并不好。

算法内部的一些处理

算法会根据传递进来的迭代器来分析出迭代器种类，不同种类的迭代器，算法会有不同的处理。

一些典型算法使用范例

#include <algorithm>

`for_each`

源码

template<class _InIt,class _Fn> inline_Fn for_each(_InIt _First, _InIt _Last, _Fn _Func){  // perform function for each element [_First, _Last)_DEBUG_RANGE(_First, _Last);auto _UFirst = _Unchecked(_First);const auto _ULast = _Unchecked(_Last);for (; _UFirst != _ULast; ++_UFirst){_Func(*_UFirst);}return (_Func);}

通过源码可以清晰的看出for_each有三个参数，前两个参数用来确定一个迭代区间，第三个参数则是操作方式，lambda，函数对象或者普通函数。

使用方法

void func(int i)
{cout << i << endl;
}
int main()
{vector<int> myvector = { 10, 20, 30, 40, 50 };for_each(myvector.begin(), myvector.end(), func);//for_each每次迭代对象将得到的值调用第三个参数的函数return 0;
}

`find`

这里使用的是泛化模板的find，当容器有特有的.find成员时，建议使用特有的效率更高。返回值都是 iterator。

vector<int> myvector = { 10, 20, 30, 40, 50 };
vector<int>::iterator finditer = find(myvector.begin(), myvector.end(), 400);if (finditer != myvector.end())    //!=后的使用第二个参数
{//find it!
}
else
{//can not find
}

`find_if`

前两个参数确定一个查找区间，第三个参数返回值是一个bool。

auto result = (myvector.begin(), myvector.end(), [](int vel){if (val > 10)return true;    //停止遍历
return false;
}); //lambda表达式也是一个可调用对象if (result != myvector.end())cout << "找到了" << endl;
elsecout << "没找到" << endl;

`sort`

当第三个参数缺省时，从小到大排序，第三个参数返回值是bool。

bool func(int i, int j)
{return i < j;
}
auto result = sort(myvector.begin(), myvector.end(), func);    //从小到大bool func(int i, int j)
{return i > j;
}
auto result = sort(myvector.begin(), myvector.end(), func);    //从大到小

对list而言不能用标准库的sort()，它有自己的sort()，参数表传入返回值bool的比较规则。

07 函数对象回顾、系统函数对象及范例

1 函数对象、仿函数回顾
2 标准库中定义的函数对象
3 标准库中定义的函数对象范例

函数对象(function object)、仿函数回顾(functors)

函数： void func(...) { ... }
可调用对象： class A { void operator() (...) { ... } };
lambda表达式： [](...) { ... };

标准库中定义的函数对象functional->第八章未归类知识点

#include <functional>

标准库中定义的函数对象范例

vector<int> myvector = { 150, 20, 3, 98, 50 };
auto result = sort(myvector.begin(), myvector.end(), greater<int>());    //从大到小

greater<typename>()就是一个仿函数。

08 适配器概念、分类、范例及总结

1 适配器基本概念
2 容器适配器
3 算法适配器
4 迭代器适配器

容器适配器

适配器像一个转接口。

主要讲一下：(它俩都是deque的阉割版)

stack：堆栈
queue：队列

实际上在这里我们就把它们看做适配器而不是容器。

算法适配器

std::bind 绑定器(第八章未归类知识点)

vector<int> myvector = { 150, 20, 3, 20, 50 };
bool func(int tmp)
{return tmp > 40;
}int result = count(myvector.begin(), myvector.end(), 20); //return 2int result = count_if(myvector.begin(),myvector.end(), func);    //return 2

如果想用less<typename>(value1, value2)这个仿函数代替掉自己写的func，就需要用到bind绑定器。

auto contrast = bind(less<int>(), 40, placeholders::_1)//less<int>()第一个参数绑定为40， 第二个参数是在被调用时传入的第一个参数
int result = count_if(myvector.begin(), myvector.end(), contrast);

迭代器适配器

reverse_iterator 在这里归为适配器

前文已经提到。

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