STL学习之路（一）

文章目录

STL基本概念
STL组件简介
STL优点
STL三大组件
迭代器
三大组件的初识
三大组件基本使用
常用容器
- string容器
- vector容器

STL基本概念

为了建立数据结构和算法的一套标准，并且降低他们之间的耦合关系，以提升各自的独立性、弹性、交互操作性(相互合作性,interoperability),诞生了STL。
STL 从广义上分为: 容器(container) 算法(algorithm) 迭代器(iterator),容器和算法之间通过迭代器进行无缝连接。STL 几乎所有的代码都采用了模板类或者模板函数，这相比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。STL(Standard Template Library)标准模板库,在我们 c++标准程序库中隶属于 STL 的占到了 80%以上。

STL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(native pointer)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.
STL六大组件的交互关系，容器通过空间配置器取得数据存储空间，算法通过迭代器存储容器中的内容，仿函数可以协助算法完成不同的策略的变化，适配器可以修饰仿函数。

STL优点

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 的一个重要特性是将数据和操作分离。数据由容器类别加以管理，操作则由可定制的算法定义。迭代器在两者之间充当“粘合剂”,以使算法可以和容器交互运作
3.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。
STL 具有高可重用性，高性能，高移植性，跨平台的优点。
4. 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。
5.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。
6.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。

STL三大组件

常用的数据结构：数组(array),链表(list),tree(树)，栈(stack),队列(queue),集合(set),映射表(map),根据数据在容器中的排列特性，这些数据分为序列式容器和关联式容器两种。

1.序列式容器强调值的排序，序列式容器中的每个元素均有固定的位置，除非用删除或插入的操作改变这个位置。Vector容器、Deque容器、List容器等。
2.关联式容器是非线性的树结构，更准确的说是二叉树结构。各元素之间没有严格的物理上的顺序关系，也就是说元素在容器中并没有保存元素置入容器时的逻辑顺序。关联式容器另一个显著特点是：在值中选择一个值作为关键字key，这个关键字对值起到索引的作用，方便查找。Set/multiset容器 Map/multimap容器

迭代器

iterator模式定义如下：提供一种方法，使之能够依序寻访某个容器所含的各个元素，而又无需暴露该容器的内部表示方式。
迭代器的设计思维 STL的关键所在，STL的中心思想在于将容器(container)和算法(algorithms)分开，彼此独立设计，最后再一贴胶着剂将他们撮合在一起。从技术角度来看，容器和算法的泛型化并不困难，c++的class template和function template可分别达到目标，如果设计出两这个之间的良好的胶着剂，才是大难题。

三大组件的初识

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include<iostream>
#include <string>
using namespace std;//容器 vector
#include <vector>//使用系统算法的头文件
#include <algorithm>// 迭代器 遍历功能  用指针理解
//普通指针也算一种迭代器
void test01()
{int array[5] = { 1, 3, 5, 6, 8 };int * p = array; //指针指向数组首地址  &array[0]for (int i = 0; i < 5;i ++){//cout << array[i] << endl;cout << *(p++) << endl;}
}void myPrint(int v)
{cout << v << endl;
}void test02()
{//声明容器vector<int> v; //声明一个容器  这个容器中存放int类型数据 对象名称v//向容器中加入数据v.push_back(10);v.push_back(20);v.push_back(30);v.push_back(40);//遍历容器中的数据//利用迭代器vector<int>::iterator itBegin = v.begin(); // itBegin指向的是v容器中的起始位置vector<int>::iterator itEnd = v.end(); //itEnd指向v容器中最后一个位置的下一个地址//while (itBegin != itEnd)//{//   cout << *itBegin << endl;// itBegin++;//}//第二种遍历方式//for (int i = 0; i < 10;i++)//for (vector<int>::iterator it = v.begin(); it != v.end();it++)//{//  cout << *it << endl;//}//第三种方式 利用算法for_each(v.begin(), v.end(), myPrint);}
//操作自定义数据类型
class Person
{public:Person(string name, int age){this->m_Name = name;this->m_Age = age;}string m_Name;int m_Age;
};void test03()
{vector<Person> v;Person p1("大头儿子", 10);Person p2("小头爸爸", 32);Person p3("隔壁王叔叔", 30);Person p4("围裙妈妈", 28);v.push_back(p1);v.push_back(p2);v.push_back(p3);v.push_back(p4);//遍历for (vector<Person>::iterator it = v.begin(); it != v.end();it++){cout << "姓名: " << (*it).m_Name << " 年龄：" << it->m_Age << endl;}
}//存放自定义数据类型的指针
void test04()
{vector<Person *> v;Person p1("大头儿子", 10);Person p2("小头爸爸", 32);Person p3("隔壁王叔叔", 30);Person p4("围裙妈妈", 28);v.push_back(&p1);v.push_back(&p2);v.push_back(&p3);v.push_back(&p4);for (vector<Person*>::iterator it = v.begin(); it != v.end();it++){cout << "姓名：： " << (*it)->m_Name << " 年龄： " << (*it)->m_Age << endl;}}//容器嵌套容器
void test05()
{vector<vector<int>> v;vector<int>v1;vector<int>v2;vector<int>v3;for (int i = 0; i < 5;i++){v1.push_back(i);v2.push_back(i + 10);v3.push_back(i + 100);}//将小容器放入到大容器中v.push_back(v1);v.push_back(v2);v.push_back(v3);//遍历所有数据for (vector<vector<int>>::iterator it = v.begin(); it != v.end();it++){for (vector<int>::iterator vit = (*it).begin(); vit != (*it).end();vit++){cout << *vit << " ";}cout << endl;}}int main(){//test01();//test02();//test03();//test04();test05();system("pause");return EXIT_SUCCESS;
}

三大组件基本使用

*it就是尖括号里边的内容的类型

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include<iostream>
#include <string>
using namespace std;//容器 vector
#include <vector>//使用系统算法的头文件
#include <algorithm>// 迭代器 遍历功能  用指针理解
//普通指针也算一种迭代器
void test01()
{int array[5] = { 1, 3, 5, 6, 8 };int * p = array; //指针指向数组首地址  &array[0]for (int i = 0; i < 5;i ++){//cout << array[i] << endl;cout << *(p++) << endl;}
}void myPrint(int v)
{cout << v << endl;
}void test02()
{//声明容器vector<int> v; //声明一个容器  这个容器中存放int类型数据 对象名称v//向容器中加入数据v.push_back(10);v.push_back(20);v.push_back(30);v.push_back(40);//遍历容器中的数据//利用迭代器//第一种遍历方式vector<int>::iterator itBegin = v.begin(); // itBegin指向的是v容器中的起始位置vector<int>::iterator itEnd = v.end(); //itEnd指向v容器中最后一个位置的下一个地址//while (itBegin != itEnd)//{//  cout << *itBegin << endl;// itBegin++;//}//第二种遍历方式//for (int i = 0; i < 10;i++)//for (vector<int>::iterator it = v.begin(); it != v.end();it++)//{//  cout << *it << endl;//}//第三种方式 利用算法for_each(v.begin(), v.end(), myPrint);//可以转到定义看下底层实现}
//操作自定义数据类型
class Person
{public:Person(string name, int age){this->m_Name = name;this->m_Age = age;}string m_Name;int m_Age;
};void test03()
{vector<Person> v;Person p1("大头儿子", 10);Person p2("小头爸爸", 32);Person p3("隔壁王叔叔", 30);Person p4("围裙妈妈", 28);v.push_back(p1);v.push_back(p2);v.push_back(p3);v.push_back(p4);//遍历for (vector<Person>::iterator it = v.begin(); it != v.end();it++){cout << "姓名: " << (*it).m_Name << " 年龄：" << it->m_Age << endl;}
}//存放自定义数据类型的指针
void test04()
{vector<Person *> v;Person p1("大头儿子", 10);Person p2("小头爸爸", 32);Person p3("隔壁王叔叔", 30);Person p4("围裙妈妈", 28);v.push_back(&p1);v.push_back(&p2);v.push_back(&p3);v.push_back(&p4);for (vector<Person*>::iterator it = v.begin(); it != v.end();it++){cout << "姓名：： " << (*it)->m_Name << " 年龄： " << (*it)->m_Age << endl;}}//容器嵌套容器
void test05()
{vector<vector<int>> v;vector<int>v1;vector<int>v2;vector<int>v3;for (int i = 0; i < 5;i++){v1.push_back(i);v2.push_back(i + 10);v3.push_back(i + 100);}//将小容器放入到大容器中v.push_back(v1);v.push_back(v2);v.push_back(v3);//遍历所有数据   *it是vector<int>类型，是个容器。for (vector<vector<int>>::iterator it = v.begin(); it != v.end();it++){for (vector<int>::iterator vit = (*it).begin(); vit != (*it).end();vit++){cout << *vit << " ";}cout << endl;}}int main(){//test01();//test02();//test03();//test04();test05();system("pause");return EXIT_SUCCESS;
}

常用容器

string容器

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include<iostream>
using namespace std;
#include <string>
#include <stdexcept>
/*
string 构造函数
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3.1.2.2 string基本赋值操作
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*/void test01()
{string str; //默认构造  //创建一个空的字符串string str2(str); //拷贝构造   //使用一个string对象初始化另一个string对象string str3 = str;string str4 = "abcd";//使用字符串s初始化string str5(10, 'a');//使用n个字符c初始化cout << str4 << endl;cout << str5 << endl;//基本赋值str = "hello";//char*类型字符串 赋值给当前的字符串str2 = str4;//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str3.assign("abcdef", 4);cout << str3 << endl;//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string str6;str6.assign(str, 1, 3); //ell ? hel 从0索引cout << str6 << endl;
}/*
string存取字符操作
char& operator[](int n);//通过[]方式取字符
char& at(int n);//通过at方法获取字符*/
void test02()
{string s = "hello world";for (int i = 0; i < s.size();i++){//cout << s[i] << endl;cout << s.at(i) << endl;}//[] 和at区别？[]访问越界  直接挂掉 at会抛出异常try{//cout << s[100] << endl;cout << s.at(100) << endl;}catch (out_of_range & e){cout << e.what() << endl;}catch (...){cout << "越界异常" << endl;}
}/*
string拼接操作
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c3.1.2.5 string查找和替换
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*/void test03()
{//拼接string s1 = "我";string s2 = "爱北京";s1 += s2;cout << s1 << endl;s1.append("天安门");cout << s1 << endl;//find查找string s = "abcdefg";int pos = s.find("bcf"); //找不到返回是 -1cout << "pos = " << pos << endl;int pos2 = s.rfind("bc"); //rfind  和find 结果一样，内部查找顺序相反cout << "pos2 = " << pos2 << endl; //结果是1//替换string s3 = "hello"; //替换从pos开始n个字符为字符串strs3.replace(1, 3, "1111");cout << s3 << endl; // h1111o}/*
string比较操作
/*
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
*/void test04()
{string s1 = "abc";string s2 = "abcd";if (s1.compare(s2) == 0){cout << "s1 等于 s2" << endl;}else if (s1.compare(s2) == 1){cout << "s1 大于 s2" << endl;}else{cout << "s1 小于 s2" << endl;}}/*
string子串
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*/void test05()
{string s1 = "abcde";string s2 = s1.substr(1, 3);cout << "s2 = " << s2 << endl;//需求  查找一个右键的 用户名string email = "zhangtao@sina.com";int pos = email.find("@");//8 cout << "pos " << pos << endl;string usrName = email.substr(0, pos);cout << "用户名为：" << usrName << endl;
}/*
string插入和删除操作
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*/void test06()
{string s1 = "hello";s1.insert(1, "111");cout << s1 << endl; //h111ello//删除 111s1.erase(1, 3);cout << s1 << endl;}/*
string和c-style字符串转换
*/void func(string s)
{cout << s << endl;
}void func2(const char * s)
{cout << s << endl;
}void test07()
{string s = "abc";//string -> const char *const char * p = s.c_str();func(p); //const char * 隐式类型转换为 string//const char * -> string string s2(p);//func2(s2); //string 不能隐式类型转换为 char *
}void test08()
{string s = "abcdefg";char& a = s[2];char& b = s[3];a = '1';b = '2';cout << s << endl;cout << (int*)s.c_str() << endl;//返回地址s = "pppppppppppppp";//a = '1';//b = '2';cout << s << endl;cout << (int*)s.c_str() << endl;//地址改变}
int main(){//   test01();//test02();//test03();//test04();//test05();//test06();//  test07();test08();system("pause");return EXIT_SUCCESS;
}

string和c-style字符串转换

//string 转 char*
string str = "itcast";
const char* cstr = str.c_str();
//char* 转 string
char* s = "itcast";
string str(s);

提示：
在c++中存在一个从const char * 到string的隐式类型转换，却不存在从一个string对象到C_string的自动类型转换。对于string类型的字符串，可以通过c_str()函数返回string对象对应的C_string.
通常，程序员在整个程序中应坚持使用string类对象，直到必须将内容转化为char*时才将其转换为C_string.
提示：
为了修改string字符串的内容，下标操作符[]和at都会返回字符的引用。但当字符串的内存被重新分配之后，可能发生错误.但上边代码若是s=“ppppp”,则不会重新分配内存，打印出来的两个地址一样。

vector容器

Vector的实现技术，关键在于其对大小的控制以及重新配置时的数据移动效率，一旦vector旧空间满了，如果客户每新增一个元素，vector内部只是扩充一个元素的空间，实为不智，因为所谓的扩充空间(不论多大)，一如刚所说，是”配置新空间-数据移动-释放旧空间”的大工程,时间成本很高，应该加入某种未雨绸缪的考虑，稍后我们便可以看到vector的空间配置策略。

为了降低空间配置时的速度成本，vector实际配置的大小可能比客户端需求大一些，以备将来可能的扩充，这边是容量的概念。换句话说，一个vector的容量永远大于或等于其大小，一旦容量等于大小，便是满载，下次再有新增元素，整个vector容器就得另觅居所。
vector迭代器：

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(Random Access Iterators).

注意

所谓动态增加大小，并不是在原空间之后续接新空间(因为无法保证原空间之后尚有可配置的空间)，而是一块更大的内存空间，然后将原数据拷贝新空间，并释放原空间。因此，对vector的任何操作，一旦引起空间的重新配置，指向原vector的所有迭代器就都失效了。这是程序员容易犯的一个错误，务必小心。

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include<iostream>
#include <vector>
#include <list>
using namespace std;void test01()
{vector<int> v;for (int i = 0; i < 10; i++){v.push_back(i);cout << v.capacity() << endl;  // v.capacity()容器的容量}
}/*
vector构造函数
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。3.2.4.2 vector常用赋值操作
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。3.2.4.3 vector大小操作
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。*/void printVector( vector<int>&v)
{for (vector<int>::iterator it = v.begin(); it != v.end();it++){cout << *it << " ";}cout << endl;
}void test02()
{vector <int >v;int arr[] = { 2, 3, 4, 1, 9 };vector<int> v1(arr, arr + sizeof(arr) / sizeof(int));vector<int>v2(v1.begin(), v1.end());printVector(v2);vector<int>v3(10, 100);printVector(v3);//赋值使用vector<int>v4;v4.assign(v3.begin(), v3.end());printVector(v4);v4.swap(v2);cout << "交换后的v4 " << endl;printVector(v4);cout << "v4容器的大小" << v4.size() << endl;if (v4.empty()){cout << "v4空" << endl;}else{cout << "v4不空" << endl;}//v4 23419v4.resize(10,-1); //第二个参数是默认值 ，默认0 printVector(v4);v4.resize(3);printVector(v4);}//巧用swap收缩空间
void test03()
{vector<int>v;for (int i = 0; i < 100000; i++){v.push_back(i);}cout << "v的容量" << v.capacity() << endl;cout << "v的大小" << v.size() << endl;v.resize(3);cout << "v的容量" << v.capacity() << endl;//cout << "v的大小" << v.size() << endl;//巧用swapvector<int>(v).swap(v);cout << "v的容量" << v.capacity() << endl;cout << "v的大小" << v.size() << endl;//输出结果以及swap原理在下
}//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。void test04()
{vector<int>v;v.reserve(100000); //预留出空间int * p = NULL;int num = 0;for (int i = 0; i < 100000;i++){v.push_back(i);if (p!=&v[0]){p = &v[0];num++;}}cout << num << endl;// 开辟100000数据用了多少次开辟空间
}/*
vector数据存取操作
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3.2.4.5 vector插入和删除操作
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*/void test05()
{vector<int>v;v.push_back(10);v.push_back(30);v.push_back(20);v.push_back(50);cout << "v的front" << v.front() << endl;cout << "v的back" << v.back() << endl;v.insert(v.begin(), 2 ,100); //参数1  迭代器   参数2  N个数  参数3 具体插入的内容printVector(v);v.pop_back(); //尾删printVector(v);v.erase(v.begin()); //删除 printVector(v);//v.erase(v.begin(), v.end());//v.clear(); //清空所有数据if (v.empty() ){cout << "为空" << endl;}}void test06()
{//逆序遍历vector<int>v;for ( int  i = 0; i < 10; i++){v.push_back(i);}//   printVector(v);//reverse_iterator 逆序迭代器for (vector<int>::reverse_iterator it = v.rbegin(); it != v.rend();it++){cout << *it << " ";}cout << endl;//vector迭代器是随机访问的迭代器  支持跳跃式访问vector<int>::iterator itBegin = v.begin();itBegin = itBegin + 3;//如果上述写法不报错，这个迭代器是随机访问迭代器list<int>l;for (int i = 0; i < 10;i++){l.push_back(i);}list<int>::iterator lIt = l.begin();//lIt = lIt + 1; //不支持随机访问}int main(){//  test01();// test02();// test03();// test04();// test05();test06();system("pause");return EXIT_SUCCESS;
}

test03输出结果图：

swap收缩空间原理解析：