侯捷STL学习笔记

参考文献

1.侯捷-STL与泛型编程笔记（第一讲、容器概述——0.概述）
2.侯捷-STL与泛型编程笔记（第二讲、源码分析——0.源码）
3.STL"源码"剖析-重点知识总结
4.STL学习笔记
5.STL学习笔记：仿函数
6.STL学习笔记：迭代器适配器

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一、简介

C++ 标准库（STL大部分属于C++标准库）—— STL和标准库的关系
STL 标准模板库

标准库以header files形式呈现（头文件）
C++标准库的header files不带副档名，如：#include
新式C header files，如：#include
旧式C header files，如：include

新式headers内组件封装在namespace “std”（新式统一规定都在std）
using namespace std;（全部加载）
using std::cout;（cout单个）

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STL编程思想（GP模式）：

STL采用的是GP（Generic Programming）的编程模式；
我们知道：OOP(Object-Orientd programming)面向对象思想 数据和操作在同一个类；OOP企图将datas和methods关联在一起；

GP（Generic Programming）却是将datas和methods分隔开来；
采用GP的原因：Containers和Algorithms团队各自可以进行独立开发，两者可以通过Iterator团队进行沟通；

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知识点一：
问题：list为什么不能用std::find()？
解释：list不能随机跳转，只能一个个查找下去。std::find只支持RandomAccessIterator（可随意跳转的指针）
知识点二：
所有algorithms，其内最终涉及元素本身的操作，无非就是比大小

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二、结构：STL六大部件（components）

1.容器（Containers）：    容器存储数据
2.分配器（Allocators）：  分配器为容器分配内存
3.算法（Algorithms）：    算法处理容器的数据
4.迭代器（Iterators）：   迭代器为算法提供访问容器的方式
5.仿函数（Functors）：    仿函数为类似不同的类相加减提供支持
6.适配器（Adapters）：    仿函数适配器为仿函数使用算法提供支持

// 一个例子说明六大部件！！！

#include 
#include 
#include 
#include 
using namespace std;

int main()
{
	int ia[6] = {27, 210, 12, 47, 109, 83};
	vector> vi(va,ia + 6);//<>符号表示模板，allocator是一个分配器模板，一般vector都会自动默认使用分配器
	
	cout << count_if(vi.begin(), vi.end(), not1(bind2nd(less(), 40)));
	return 0;
}

// vector是一个容器containers
// count_if是一个算法algorithm，计算vi里面的个数
// vi.begin(), vi.end()是一个迭代器iterator
// less是一个仿函数function
// bind2nd是一个适配器function adapter，绑定第二个参数为40
// notl是一个适配器function adapter,表示否定
// 整个表达，vi大于等于40的个数

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三、容器

前提规定：所有容器规定为 “ 前闭后开 ” 区间（涵盖第一个不涵盖最后一个）

3.1容器分类（宏观上两大类）：

【1】顺序容器（Sequence Containers）：

（1）Array（固定元素个数）C++11
（2）Vector（尾部个数可以扩充）
（3）Deque（头尾个数可以扩充）
（4）List（双向链表）
（5）Forward-List（单向链表）C++11

【2】关联容器（Associative Containers）：

（1）Set/Multiset（key=value）
（2）Map/Multimap(key对应value；multimap允许重复元素，map不允许有重复)

不定序容器（Unordered Containers）（本质上属于关联容器）
HashTable Separate chaining（不定序容器使用hashtable）：同放一个内存，内存放这几个数据的链表

3.2容器特点

(1)、vector：可变大小数组。支持快速随机访问。在尾部之外的位置插入或删除元素可能很慢。
(2)、deque：双端队列。支持快速随机访问。在头尾位置插入/删除速度很快。
(3)、list：双向链表。只支持双向顺序访问。在list中任何位置进行插入/删除操作速度都很快。
(4)、forward_list：单向链表。只支持单向顺序访问。在链表任何位置进行插入/删除操作速度都很快。
(5)、array：固定大小数组。支持快速随机访问。不能添加或删除元素。
(6)、string：与vector相似的容器，但专门用于保存字符。随机访问快。在尾部插入/删除速度快。

具体实现特点参见参考文献3；

容器间实现的互相关系（继承）：

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四、分配器（allocators）

前附：分配器不建议直接使用，因为其功能是为容器提供内存分配服务的，属于沟通容器和底层系统的部件，无需过多考虑，只要理解结构和功能即可；

不同版本（VC6，VC2013等等）共同的调用流程：allocators—>调用new—>调用malloc；
Operator new() 和 malloc() 区别——new最后都是用到malloc；（所有的最后都归结到malloc()！！！）

示例：allocators简单用法（vc6版本）
Int p = allocator().allocator(512,(int)0)； //第一个参数是个数，第二个是获取的类型
allocator().deallocate(p, 512)；

其他版本 allocators 分配的都是一块一块的，每个块都有一个cookie（00000041），其中有记录这个块多大的信息，但是小块空间的话，会浪费资源，因为每个都有cookie；

而GNU版本的allocators和alloc不一样，容器用的分配器是alloc（2.9版本）。它的分配方式是一串一串的，有16块，每个占8bit，每块不带cookie；节省了cookie 的开销浪费（一次拿一串，每次malloc都要一个cookie）
简单来说：
allocators是一次malloc一块，每次都有cookie；
Alloc是一次拿一串（8的倍数），这一串只有一个cookie；
G4.9版本下的分配器是又换到了一次malloc一块的版本-allocator，2.9版本是使用alloc；

五、算法

从语言层面来讲，STL的六大组件，其他的都是类模板（class template），只有算法属于函数模板（function template）

从功能流程上来说：算法是看不见容器的，它对容器一无所知，只能通过迭代器来获得所有需要的信息；
迭代器需要能够回答算法的所有需求，这样才能实现算法的功能；

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六、迭代器

概念：迭代器是一种“能够遍历某个序列内的所有元素”的对象。它可以透过与一般指针一致的接口来完成自己的工作。不同的迭代器具有不同的”能力“(行进和存取能力)

迭代器类型：
5种迭代器之间的继承关系：


【1】Input迭代器：
Input迭代器只能一次一个向前读取元素，按此顺序一个个传回元素值。几乎所有迭代器都具备Input迭代器的能力，而且通常更强。纯粹Input迭代器的一个典型例子就是“从标准输入装置读取数据”的迭代器。
下表列出了Input迭代器的各种操作行为：

【2】Output迭代器：
Output迭代器和Input迭代器相反，其作用是将元素值一个个写入。
下表列出Output迭代器的各种操作行为：

【3】Forward(前向)迭代器：
Forward迭代器是Input迭代器和Output迭代器的结合，具有Input迭代器的全部功能和Output迭代器的大部分功能。
下表总结了Forward迭代器的所有操作：

【4】Bidirectional(双向)迭代器：
Bidirectional迭代器在Forward迭代器的基础上增加了回头遍历的能力。换言之，它支持递减操作符，用以进行一步一步的后退操作。

【5】Random Access(随机存取)迭代器：
Random Access迭代器在Bidirectional迭代器基础之上再增加随机存取能力。因此它必须提供“迭代器算术运算”(加减某个偏移量、能处理距离问题)。
下面列出Random Access迭代器的新增操作：

每种迭代器内部要实现下面5种功能，这样才能回答算法对容器的问题，更好的服务于算法：

迭代器相关辅助函数：参考本篇博客
迭代器的使用博客
【1】advance()可令迭代器前进
【2】distance()可以处理迭代器之间的距离
【3】iter_swap()可交换两个迭代器所指内容

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七、仿函数

仿函数(functor)，就是使一个类的使用看上去像一个函数。
具体实现就是类中重载了一个operator()，由此生成的类对象，在使用时就有了类似函数的行为，就是一个仿函数类了。

//一个示例：
class X{
    public:
        return-value operator()(arguments) const;
        ...  
};
//然后就可以把这个类别的对象当做函数调用：
X fo;
...
fo(arg1,arg2)  //等价于fo.operator()(arg1,arg2);

仿函数的优势：
1.仿函数比一般函数更灵巧，因为它可以拥有状态。
2.每个仿函数都有其型别。因此可以将仿函数的型别当做template参数传递。
3.执行速度上，仿函数通常比函数指针更快。

仿函数的作用：
1.仿函数可当做排序准则
2.拥有内部状态的仿函数
3.for_each()的返回值

C++标准程序库提供了许多预定义的仿函数。
对对象排序或进行比较时，一般都以less<>为预设排序准则。要使用这些仿函数，必须包含头文件。
下面列出了所有这些仿函数：

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八、适配器

本质上是一个桥梁，起到改造、包装作用。

【1】容器适配器
典型代表就是 stack 和 queue，因为两者都是继承了sequence这种底层容器，然后只提供了empty()、size()等几种函数操作接口，这种改造就可以视为是一种容器适配器。

【2】迭代器适配器
参见本篇博客

【3】函数适配器
所谓“函数配接器”，是指能够将仿函数和另一个仿函数（或某个值，或一般函数）结合起来的仿函数。函数配接器也声明在 functional 头文件中。

//例如以下语句：
find_if(coll.begin(),coll.end(),bind2nd(greater()),42)

其中bind2nd是将一个二元仿函数(greater<>)转换成一元仿函数。
它通常将第二参数传给“由第一参数指出”的二元仿函数，作为后者的第二参数。

下面列出了预定义的函数配接器：