第六周 C++标准库 体系结构与内核分析 Boolan 侯捷

** 使用一个东西，却不明白它的道理，不高明！**

1. 认识headers、版本、重要资源

所谓 Generic Programming，就是使用 template（模板）为主要工具来编写程序。

应具备的基础

• C++ 基本语法
  （包括如何正确使用模板，templates）

我们的目标

• level 0：使用 C++标准库
• level 1：认识 C++标准库（胸中自有丘壑）
  知道在内存中是什么样的
• level 2：良好使用 C++标准库
• level 3：扩充 C++标准库

C++ Standard Library vs. Standard Template Library

• C++ Standard Library
  C++ 标准库
• Standard Template Library
  STL，标准模板库
  STL 有六大部件

标准库包括标准模板库。
标准库以 header files 形式呈现

标准库命名

C++标准库，版本

C++标准库版本取决于使用的编译器

重要网页

CPlusPlus.com（打开慢）
CppReference.com（√）
gcc.gnu.org（打开慢）
用来查看标准库的参考文献，非常有用。

Bibliography（参考书目）

The C++ Standard Library Second Edition
STL 源码剖析（精巧）

你将获得的代码

Test-STL.cpp
内有对 STL 的各种测试

2. STL 体系结构基础介绍

我们第一个 C++ STL Application

STL 六大部件（Components）：

• 容器（Containers）
• 分配器（Allocators）
• 算法（Algorithms）
• 迭代器（Iterators）
• 适配器（Adapters）
• 仿函式（Functors）

六大部件关系

STL 六大部件关系

六大部件关系

复杂度，Complexity，Big-oh

目前常见的Big-oh有下列几种情形：
（n 是一个很大的数，十几万几十万以上）

1. O(1)或 O(c)：称为常数时间（constant time）
2. ……

常见的Big-oh

“前闭后开”区间

“前闭后开”区间

[ )
*(c.begin())与 *(c.end())
两个指针，一个指向第一个，一个指向末端的后一个（空的）
遍历的方法
所有的容器都有下面的一种 iterator，实际上是一个指针

rage-based for statement（since C++11）

rage-based for statement

for (decl : coll){
  statement
}

auto keyword（since C++11）

auto keyword

适度使用
首先要知道类型，auto 只是缩写
通过赋值右侧来推断左侧类型

3. 容器之分类与各种测试

容器-结构与分类

容器-结构与分类

• Sequence Containers （循序式容器）
  • Array（C++11，数组包装而成，不能扩充）
  • Vector（起点不能动，后面可以扩充）
  • Deque（两端可进可出，首尾均可扩充）
  • List（双向环状链表）
  • Forward-List （C++11，单向链表）
• Associative Containers
  • Set/Multiset（并没有规定是什么树，但是各家编译器内部都是用红黑树，会自动分配分支，不至于一边特别长）
    Set 就是 Value，前后区别就是key能不能重复。
  • Map/Multimap
    比如学号不能重复，所以用 Map。如果放的东西是可能重复的，就不能用 Map，要用 Multimap。
• Unordered Containers （C++11，其实是一种关联式容器）

HashTable 最好的一种实现，是 Separate Chaining

以下测试程序之 辅助函数

辅助函数

放字符串，以模拟放的对象。

使用容器 array

array

为每一段写一个 namespace
在每一段前写头文件的引用，重复无妨
变量在用的时候再去生命
把声明提前，可以便于查找

使用容器 vector

vector

vector

push_back用于在尾部放数据
大部分容器都有 push_back
Vector使用空间的增长是两倍增长，放第3个时会使用4个，放第5个时使用8个……
发现错误，一定要 abort()
全局函数即使没有写::也可以找到。

使用容器 list

list

容器有自己的 sort，就用自己的

使用容器 forward_list

forward_list

push_front没有push_back

使用容器 slist

slist

single list，单向串联，非标准的

使用容器 deque

deque

deque

分段连续，做成连续的假象
一段叫做 buffer，一个 buffer 是512
可以向前扩充，
max_size 是最大的
deque 没有 sort
关联容器查找，非常快，基本都是0毫秒
deque 包含了 queue 和 stack 的功能
所以 queue 和 stack 里面都是有一个 deque，有人把 queue 和 stack 叫做 deque 的 adapter

使用容器 stack

stack

push pop
先进后出，不提供 iterator

使用容器 queue

queue

先进先出
push pop，不提供 iterator

使用容器 multiset

multiset

自己带有 find。
放进去的重复的也可以放入，如果是 set，放进去的就会少

使用容器 multimap

multimap

一个是 key，一个是 value
用 key 来找 value
用 pair 组合在一起

使用容器 unordered_multiset

unordered_multiset

unordered_multiset

使用 hash-table
separate chain
篮子比元素多，因为有的篮子是空的
每个篮子里元素不能太多，因为是循序查找
如果元素的个数大于等于篮子个数，篮子就需要扩充，变成大约两倍。所以篮子一定比元素多。

使用容器 unordered_multimap

unordered_multimap

关联式容器，红黑树或 hash 表

使用容器 set

set

key 必须是独一无二的

使用容器 map

map

使用容器 unordered_set

unordered_set

unordered_set

使用容器 unordered_map

unordered_map

还有其他容器，如priority queue、heap
用的人少，是借用其他容器做支撑

分配器测试

使用分配器 allocator

allocator

allocator

allocator