跟我学C++中级篇——STL的学习
一、c++标准库
C++的标准库主要包含两大类，首先是包含C的标准库的，当然，为了适应c++对一些C库进行了少许的修改和增加。最重要的当然是面向对象的c++库；而c++库又可以分成两大类，即面向对象的c++库和标准模板库，也就是题目中的STL。另外在此基础上，还要提醒同学们的是，除了上面的库，在各个平台的开发厂商中，还会针对实际情况，对标准库进行扩展，这些可以归纳为扩展库。
同时，随着c++标准的不断迭代，还推出了很多新的库，同学们需要不断的学习跟进，目前最新的c++标准为c++20。主流的c++标准库实现有GNU/Linux上的libstdc++;IOS的libc++;微软的CRT,android的libc++，当然在NDK有过很多c++的版本，不过后来都被删除了；其它包括uSTL,Apache等很多大公司也有自己的相关的c++库（这里就不能叫标准库了，虽然实现的目的是一样的）。下面是相关库的基本组成部分分类：
c库主要包括：
1、标准输入输出，比如stdin,stdout,stderr。
2、字符串处理，比如strcat,strcopy等。
3、内存管理，如果malloc等。
4、日期、时间和本地化等如ctime,time,localtime等。
5、数学相关函数，如pow,cos等。
6、系统和管理相关函数,它定义了和OS相关的信号和函数调用规则，如setjmp,va_start等。
7、异常和错误，最典型的就是errno。
8、其它辅助如一些宏定义等。
c++库主要包括：
1、标准的IO类，如std::cout,std::in,ofstream等。
2、必须要提到的std::string。
3、数值处理相关类，numeric的complex。
4、本地化库。
5、异常库。
6、其它。
7、STL（标准模板库）。
在后面的学习应用中将以STL为主，穿插学习标准库的其它用法。
二、STL主要分类
STL标准模板库主要分类：
1、STL容器（Containers），包含顺序容器和关联容器以及无序容器
容器非常好理解，日常的容器可以盛纳各种液体和物品。而在STL的容器可以盛纳各种数据。它分为顺序容器和关联容器两大类，顺序容器是指读写按照容器内的元素位置进行操作。你可以理解成一个箱子里有好多小格子，你可以根据小格子的顺序来取到其中的内容。它主要包括向量（Vector），链表（List）和双端队列（deque）；而关联容器则是需要通过一个键值（KEY）来读写容器的元素。在标准库里主要就是映射（map）和集合（set）。无序容器主要包括unordered_set和unordered_map。
2、STL迭代器（Iterators）
迭代器其实更好理解，就是一种可以通用在容器中的遍历访问的模板指针。就是一个数据访问的索引。
3、STL分配器（Allocators）
分配器其实就是为了方便对容器等的通用化内存管理，提供的一种内存分配管理机制，可以理解成一种STL中的内存池。
4、STL适配器（Adapters）
适配器这个概念有点意思，其实如果有过接口开发经验的可能更容易明白，两种不同的接口要想使用同一个数据体系，就需要写一个小模块来进行接口数据的统一，这个小模块就叫做适配器。它其实是一种设计模式，而这种思想体现在STL中，就成为了适配器。
5、STL仿函数（函数对象）（Functors）
仿函数，有的翻译成函数对象，这个更有意思，其实就是通过前面提到的重载运算符（），实现了类似于函数使用的机制。在c++11后，提供了更安全的std::function。
6、STL算法（Functors）
模板库最初其实就是为了实现算法而设计的，这个在《c++编程思想》中的“通用算法”中有过提及。算法可能是同学们最容易理解但最不容易掌握的一部分了。比如常见的查找，排序以及删除、复制等。
除了上面这些基础的分类，在c++的新版本中又增加了概念等相关的知识，有兴趣可以看看本公众号中c++20的新功能相关文章。
三、例程
后面会对这些STL的基本容器和算法逐一进行分析，这里给出一个综合例子：
#include
#include
#include
#include
#include
#include
struct Data
{
int len = 0;
int type = 0;
};
//类似数组
void TestVector()
{
std::vector vec;
Data d1;
Data d2;
vec.emplace_back(d1);
vec.push_back(d2);
std::cout << "vector first:" << vec[0].len << std::endl;
std::cout << "vector size:" << vec.size() << std::endl;
}
//链表
void TestList()
{
std::list l;
l.push_back(3);
l.push_front(9);
l.emplace_back(6);
std::cout << "list first:" << l.front() << std::endl;
std::cout << "list size:" << l.size() << std::endl;
}
//队列
void TestQueue()
{
std::queue q;
q.emplace(10);
q.push(20);
q.push(30);
std::cout << "queue first:" << q.front() << std::endl;
q.pop();
std::cout << "queue first:" << q.front() << std::endl;
q.pop();
std::cout << "queue first:" << q.front() << std::endl;
q.pop();
}
int buf[] = { 10,9,21,68,96,11,11,11,88,199,36,96,60,126,19,168 };
void TestSort()
{
std::array arr = { 0,9,21,68,96,11,11,11,88,199,36,96,60,126,19,168 };
std::sort(arr.begin(), arr.end());
std::cout << " ordered reslut:" << std::endl;
for (int num = 0; num < 16; num++)
{
std::cout << arr[num] << " ";
}
std::cout << " " << std::endl;
}
void TestSearch()
{
std::sort(buf,buf+16);
bool result = std::binary_search(buf,buf+16, 199);
std::cout << "search result:" << result << std::endl;
}
void TestCopy()
{
int buf_dst[100] = {0};
std::copy(buf,buf+16,buf_dst);
std::cout << "copy result:" << std::endl;
for (auto& au : buf_dst)
{
std::cout << au << " ";
}
std::cout << " " << std::endl;
}
int main()
{
TestVector();
TestList();
TestQueue();
//排序
TestSort();
TestSearch();
TestCopy();
std::cout << "STL test project!" << std::endl;
}
运行结果是：
vector first:0
vector size:2
list first:9
list size:3
queue first:10
queue first:20
queue first:30
ordered reslut:
0 9 11 11 11 19 21 36 60 68 88 96 96 126 168 199
search result:1
copy result:
9 10 11 11 11 19 21 36 60 68 88 96 96 126 168 199 0 0 0 0
STL test project!
这里仍然提醒注意的是，新标准在快速迭代，要注意更新标准的知识。
四、注意点
1、c++标准库不是万能的，有些库其实并不多受欢迎，比如标准输入输出的流操作。
2、c++标准库使用不复杂，但内部机制越来越复杂，特别模板机制，本身就是一个复杂而又困难的事情。而新标准中增加的协程等更是提高了内部实现的复杂度。
3、c++标准从c++11迭代的速度明显加快，要注意新版本的更新和跟进。
五、总结
在STL的学习过程中，会把相关的源码解析也会展开一部分，这样，既可以更好的了解库的内部实现，又容易理解库的应用情况。STL是学c++的人绕不过去的库，不想用，不代表不需要。
