一.什么是STL?

STL全稱(chēng)是Standard Template Library，它屬于泛型編程的范疇（泛型編程的代表性作品），泛型編程旨在編寫(xiě)?yīng)毩⒂跀?shù)據(jù)類(lèi)型的代碼，也就是說(shuō)代碼中的數(shù)據(jù)類(lèi)型只有在編譯的時(shí)候才會(huì)確定，否則為一個(gè)占位符。

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C++的STL中包含了各種常用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)類(lèi)模板以及操作這些數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的泛型算法。

二.STL的六大組件 2.1 概述

STL包含六大組件：容器（Containers）、分配器（Allocators）、算法（Algorithms）、迭代器（Iterators）、函數(shù)對(duì)象（Functor Objects）和適配器（Adapters），其中函數(shù)對(duì)象也被稱(chēng)之為仿函數(shù)（Functors）。

STL六大組件的交互關(guān)系如下圖所示：

圖源自侯捷老師的《STL源碼剖析》，侵權(quán)刪。

從上圖可以看出，STL中最重要的兩種組件為容器和算法，剩下的組件都服務(wù)于這兩者。分配器主要用來(lái)為容器分配存儲(chǔ)空間；迭代器則用來(lái)遍歷容器，方便算法的調(diào)用；函數(shù)對(duì)象則用來(lái)協(xié)助算法完成不同的策略變化；適配器可以修飾容器或函數(shù)對(duì)象。

2.2 容器

容器是用來(lái)存放數(shù)據(jù)的，STL定義了各種常用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來(lái)對(duì)存放的數(shù)據(jù)進(jìn)行組織。C++的容器大致分類(lèi)如下：

其中：

• 順序容器的表示線性數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，通過(guò)其可以順序地訪問(wèn)數(shù)據(jù)；
• 關(guān)聯(lián)容器底層數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)為紅黑樹(shù)，其搜索的時(shí)間復(fù)雜度為 O ( log n ) O(\text{log}n) O(logn)；
• 無(wú)序關(guān)聯(lián)容器底層數(shù)據(jù)為哈希表，其同樣可以實(shí)現(xiàn)快速搜索（均攤時(shí)間復(fù)雜度為 O ( 1 ) O(1) O(1)，最壞時(shí)間復(fù)雜度為 O ( n ) O(n) O(n)）。

均攤時(shí)間復(fù)雜度指某些操作的時(shí)間復(fù)雜度較高，但操作后使得數(shù)據(jù)的組成狀況得以改善，使得后續(xù)系列操作的時(shí)間復(fù)雜度降低。

2.3 分配器

分配器主要用來(lái)為容器分配和釋放存儲(chǔ)空間。STL為容器提供了默認(rèn)分配器std::allocator，但用戶(hù)也可以通過(guò)模板參數(shù)來(lái)指定其它分配器或自定義的分配器（一般沒(méi)這個(gè)必要）。

2.4 迭代器

通過(guò)迭代器可以訪問(wèn)容器中的元素，其充當(dāng)著容器與算法間的橋梁。

所有容器都有對(duì)應(yīng)的迭代器，STL中迭代器可以分為下圖所示的5類(lèi)：

箭頭代表迭代器之間存在繼承關(guān)系。

迭代器類(lèi)型	說(shuō)明
Input（輸入迭代器）	支持向前迭代遍歷元素以及對(duì)元素的讀取
Forward（正向迭代器）	支持向前迭代遍歷元素以及對(duì)元素的讀寫(xiě)
Bidirectional（雙向迭代器）	支持向前/向后迭代遍歷元素以及對(duì)元素的讀寫(xiě)
Random Access（隨機(jī)訪問(wèn)迭代器）	支持隨機(jī)訪問(wèn)任意位置的元素以及對(duì)元素的讀寫(xiě)
Output（輸出迭代器）	支持向前迭代遍歷元素以及對(duì)元素的寫(xiě)入

2.5 算法

算法通過(guò)迭代器來(lái)對(duì)容器中的元素進(jìn)行排序、計(jì)數(shù)、搜索等操作。

STL中的容器都可以使用相同的算法。需要注意的是，某些特定類(lèi)型的容器可能也定義了進(jìn)行過(guò)特殊優(yōu)化的算法，因此，若容器中實(shí)現(xiàn)了相應(yīng)的算法，則推薦使用容器自帶的，否則才考慮使用通用的算法。

2.6 函數(shù)對(duì)象

函數(shù)對(duì)象是某種class的實(shí)例對(duì)象，這類(lèi)class重載了函數(shù)調(diào)用運(yùn)算符()，使得函數(shù)對(duì)象可以被當(dāng)作一般函數(shù)來(lái)使用。

STL提供了許多內(nèi)置的函數(shù)對(duì)象來(lái)幫助函數(shù)，其大致可以分為：

• 函數(shù)運(yùn)算：例如plus、minus
• 關(guān)系運(yùn)算：例如less、greater
• 邏輯運(yùn)算：例如logical_and

2.7 適配器

適配器主要用來(lái)修飾容器或函數(shù)，適配器主要包括容器適配器和函數(shù)適配器。

注意還有迭代器適配器，但一般很少用上，所以略過(guò)。

2.7.1 容器適配器

容器適配器指將對(duì)容器進(jìn)行封裝，并重新對(duì)容器包含的成員函數(shù)進(jìn)行組合，從而提供某些特定數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的功能。

STL中常見(jiàn)的容器適配器包括：

• stack（堆棧）：底層容器為deque
• queue（隊(duì)列）：底層容器為deque
• priority_queue（優(yōu)先級(jí)隊(duì)列）：底層容器為vector

2.7.2 函數(shù)適配器

函數(shù)適配器能改變函數(shù)或函數(shù)對(duì)象的行為。例如將函數(shù)對(duì)象的參數(shù)綁定至某個(gè)特殊值，使得二元參數(shù)函數(shù)對(duì)象變?yōu)橐辉獏?shù)函數(shù)對(duì)象。

三.示例代碼

包含STL六大組件的栗子如下：

#include#include#include 
#includeusing namespace std;

int main()
{vector>arr = {12, 45, 110, 2, 77, 44, 8 };

    cout<< count_if(arr.begin(), arr.end(),
        not1(bind2nd(less(), 35)))<< endl;
    return 0;
}

在上述代碼中：

• 使用了順序容器vector，并顯式調(diào)用了STL的默認(rèn)分配器allocator。
• count_if是STL實(shí)現(xiàn)的統(tǒng)計(jì)符合某種條件的算法函數(shù)。
• 算法對(duì)容器數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)需要借助迭代器，代碼中begin()表示指向容器的第一個(gè)元素，end()指向容器最后一個(gè)元素的后一個(gè)位置，即左閉右開(kāi)。
• less為實(shí)現(xiàn)x< y關(guān)系運(yùn)算的函數(shù)對(duì)象。
• not1和bind2nd表示函數(shù)適配器，bind2nd表示將關(guān)系運(yùn)算函數(shù)對(duì)象的第二個(gè)參數(shù)y綁定為35，not1表示對(duì)一元函數(shù)對(duì)象的真假值取反。

四.結(jié)語(yǔ)

本文的完成參考了如下資料：

• cppreference.com
• cplusplus.com
• 《STL源碼剖析》侯捷著

以上便是本文的全部?jī)?nèi)容，若有任何錯(cuò)誤請(qǐng)批評(píng)指正?。。?/p>

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