STL 介绍
C++标准模板库（Standard Template Library，STL）是C++标准库的重要组成部分，提供了一系列模板化的通用数据结构和算法。
STL最初由Alexander Stepanov在20世纪90年代早期开发，后于1994年被纳入C++标准。它的设计理念基于泛型编程，强调代码复用和效率。
#include <iostream>
#include <vector>
#include <algorithm>
int main() {
// 创建vector容器
std::vector<int> nums = {5, 2, 8, 1, 9};
// 使用算法排序
std::sort(nums.begin(), nums.end());
// 使用迭代器遍历
for (auto it = nums.begin(); it != nums.end(); ++it) {
std::cout << *it << " ";
}
return 0;
}
STL的核心优势
- 泛型编程：通过模板实现与数据类型无关的通用算法
- 高性能：算法和数据结构经过高度优化
- 可复用性：标准化的接口设计
- 扩展性：用户可以自定义满足需求的组件
- 标准化：跨平台兼容性
六大部件总览
STL由六个主要组件构成，它们协同工作提供强大的功能：
容器(Containers)
用于存储数据的模板类，如vector、list、map等，分为序列容器和关联容器两大类。
迭代器(Iterators)
提供访问容器元素的方法，类似于指针，是算法与容器之间的桥梁。
算法(Algorithms)
执行各种操作的标准模板函数，如排序、搜索、变换等，通过迭代器操作容器。
仿函数(Functors)
重载了operator()的类对象，可以像函数一样被调用，用于自定义操作行为。
适配器(Adapters)
修改容器或仿函数接口的组件，如stack、queue、priority_queue等。
空间配置器(Allocators)
负责内存分配与管理的模板类，允许自定义内存分配策略。
组件协作关系
STL六大组件通过标准化的接口协同工作：
容器通过空间配置器获取存储空间；算法通过迭代器访问容器内容；仿函数可以协助算法完成不同的策略变化；适配器可以修饰或组合其他组件。
容器(Containers)
容器是存储其他对象的对象，管理对象的集合。STL容器分为序列容器和关联容器两大类。
序列容器
vector
动态数组，支持快速随机访问，尾部插入/删除高效
deque
双端队列，支持头尾高效插入/删除
list
双向链表，任意位置高效插入/删除
forward_list
单向链表，更节省空间
array
固定大小数组，更安全的传统数组替代
关联容器
set
有序唯一键集合，基于红黑树实现
map
有序键值对集合，键唯一
multiset
有序集合，允许重复键
multimap
有序键值对集合，允许重复键
无序关联容器(C++11)
unordered_set
哈希集合，无序但查找高效
unordered_map
哈希映射，键值对的无序集合
unordered_multiset
允许重复键的哈希集合
unordered_multimap
允许重复键的哈希映射
迭代器(Iterators)
迭代器提供了一种访问容器元素的方法，同时隐藏了容器的内部实现细节。它们类似于指针，可以遍历容器中的所有元素。
迭代器类别
输入迭代器
只读访问，单向移动
输出迭代器
只写访问，单向移动
前向迭代器
读写访问，单向移动
双向迭代器
读写访问，双向移动
随机访问迭代器
读写访问，任意位置跳转
迭代器操作
#include <iostream>
#include <vector>
int main() {
std::vector<int> vec = {10, 20, 30, 40, 50};
// 获取迭代器
auto it = vec.begin();
// 迭代器基本操作
std::cout << "First element: " << *it << std::endl; // 10
it += 2; // 随机访问
std::cout << "Third element: " << *it << std::endl; // 30
// 使用迭代器遍历
for (auto it = vec.begin(); it != vec.end(); ++it) {
std::cout << *it << " ";
}
return 0;
}
算法(Algorithms)
STL提供了超过100种算法，用于执行排序、搜索、变换等操作。这些算法通过迭代器与容器交互，不依赖容器的具体实现。
常用算法分类
| 分类 | 算法示例 | 功能描述 |
|---|---|---|
| 排序算法 | sort, stable_sort, partial_sort | 对序列进行排序 |
| 查找算法 | find, binary_search, lower_bound | 在序列中查找元素 |
| 数值算法 | accumulate, inner_product, iota | 数值计算操作 |
| 修改算法 | copy, transform, replace, fill | 修改序列内容 |
| 分区算法 | partition, stable_partition | 根据条件分区元素 |
| 堆算法 | make_heap, push_heap, pop_heap | 堆结构操作 |
| 集合算法 | set_union, set_intersection | 集合操作 |
| 排列算法 | next_permutation, prev_permutation | 生成排列 |
算法示例代码
#include <iostream>
#include <vector>
#include <algorithm>
#include <numeric>
int main() {
std::vector<int> vec = {5, 3, 1, 4, 2};
// 排序
std::sort(vec.begin(), vec.end());
// 查找
auto it = std::find(vec.begin(), vec.end(), 4);
if (it != vec.end()) {
std::cout << "Found: " << *it << std::endl;
}
// 数值计算
int sum = std::accumulate(vec.begin(), vec.end(), 0);
std::cout << "Sum: " << sum << std::endl;
// 变换
std::vector<int> doubled(vec.size());
std::transform(vec.begin(), vec.end(), doubled.begin(),
[](int x) { return x * 2; });
// 输出结果
for (int x : doubled) {
std::cout << x << " ";
}
return 0;
}