C++基础知识【9】STL
目录
一、概述
二、容器
2.1 序列式容器
2.1.1、vector
2.1.2、deque
2.1.3、list
2.2、关联式容器
2.2.1、set
2.2.2、map
2.2.3、multimap
2.3、容器适配器
2.3.1、stack
2.3.2、queue
三、算法
3.1、find()
3.2、sort
3.3、transform
四、迭代器
一、概述
C++ STL是指标准模板库（Standard Template Library），它是一个由函数模板和类模板组成的C++库。STL提供了大量的通用数据结构和算法，以方便程序员快速开发高质量的程序。
STL由三个部分组成：容器（Containers）、算法（Algorithms）和迭代器（Iterators）。
二、容器
容器是STL的核心部分，它提供了一种管理和存储数据的方式。C++ STL中的容器可分为三类：序列式容器（Sequence Containers）、关联式容器（Associative Containers）和容器适配器（Container Adaptors）。
2.1 序列式容器
序列式容器是按照线性顺序存储数据的容器，其中最常用的是vector、deque和list。
2.1.1、vector
vector是一个可变大小的数组，支持随机访问，即可以通过下标访问其中的元素。vector是一个高效的容器，其尾部添加或删除元素的操作复杂度为O(1)，但在中间或头部添加或删除元素的操作需要移动其他元素，其复杂度为O(n)。
下面是一个vector的例子：
#include
#include
int main()
{
std::vector vec = {1, 2, 3, 4, 5};
vec.push_back(6);
for (int i = 0; i < vec.size(); ++i)
{
std::cout << vec[i] << " ";
}
return 0;
}
vector是一个动态数组，可以随时增加和删除元素，支持随机访问。vector的优点是支持快速的随机访问，可以在尾部插入和删除元素。缺点是在中间插入或删除元素时，需要移动后面的元素，效率较低。vector适合于元素数量比较少，需要随机访问的情况。
2.1.2、deque
deque是一个双端队列，可以在头部和尾部快速添加和删除元素，支持随机访问，但其随机访问的效率不如vector。
下面是一个deque的例子：
#include
#include
int main()
{
std::deque deq = {1, 2, 3, 4, 5};
deq.push_front(0);
deq.push_back(6);
for (int i = 0; i < deq.size(); ++i)
{
std::cout << deq[i] << " ";
}
return 0;
}
deque的优点是既支持快速的随机访问，又支持在队列两端插入和删除元素。缺点是需要分配多个内存块来存储数据，对内存的使用比较浪费。deque适合于元素数量比较多，需要在队列两端插入和删除元素，同时需要随机访问元素的情况。
2.1.3、list
list是一个双向链表，支持在任意位置进行常数时间的插入和删除操作，但不支持随机访问。
下面是一个list的例子：
#include
#include
int main()
{
std::list li = {1, 2, 3, 4, 5};
li.push_front(0);
li.push_back(6);
for (auto it = li.begin(); it != li.end(); ++it)
{
std::cout << *it << " ";
}
return 0;
}
list的优点是在任意位置插入和删除元素时，效率很高。缺点是不能通过下标访问元素，只能通过迭代器访问元素。list适合于元素数量比较多，需要频繁地在中间插入和删除元素的情况。
2.2、关联式容器
关联式容器是按照键值（Key）排序存储数据的容器，其中最常用的是set和map。
2.2.1、set
set是一个集合，其中元素按照某种顺序排列，并且每个元素都是唯一的。插入、删除和查找操作的复杂度均为O(logn)。
下面是一个set的例子：
#include
#include
int main()
{
std::set s = {1, 2, 3, 4, 5};
s.insert(6);
for (auto it = s.begin(); it != s.end(); ++it)
{
std::cout << *it << " ";
}
return 0;
}
set的优点是可以快速地插入、删除和查找元素，并且元素是按照一定的顺序排列的。缺点是不能通过下标访问元素。set适合于需要按照一定的顺序存储元素，并且需要快速地插入、删除和查找元素的情况。
2.2.2、map
map是一个键值对的容器，每个键对应一个值，其中元素是由键值对（Key-Value Pair）组成的。插入、删除和查找操作的复杂度均为O(logn)。
下面是一个map的例子：
#include
#include map的优点是可以快速地按照键进行查找、插入和删除操作。缺点是不能通过下标访问元素。map适合于需要存储键值对，并且需要快速地按照键进行查找、插入和删除操作的情况
2.2.3、multimap
multimap是一个键值对的容器，每个键可以对应多个值，可以快速地进行查找、插入和删除元素。
下面是一个multimap的例子：
#include
#include 2.3、容器适配器
容器适配器是一种特殊的容器，它们使用不同的数据结构来实现STL中的标准容器接口。常用的容器适配器有stack和queue。
2.3.1、stack
stack是一种后进先出（Last-In-First-Out，LIFO）的数据结构，可以使用vector或deque来实现。
下面是一个stack的例子：
#include
#include
int main()
{
std::stack> s;
s.push(1);
s.push(2);
s.push(3);
while (!s.empty())
{
std::cout << s.top() << " ";
s.pop();
}
return 0;
}
2.3.2、queue
queue是一种先进先出（First-In-First-Out，FIFO）的数据结构，可以使用deque来实现。
下面是一个queue的例子：
#include
#include
int main()
{
std::queue> q;
q.push(1);
q.push(2);
q.push(3);
while (!q.empty())
{
std::cout << q.top() << " ";
q.pop();
}
return 0;
}
三、算法
STL中的算法是一个模板函数库，包括了大量的常用算法，如查找、排序、合并、查找、遍历等等。STL中的算法不依赖于具体的容器类型，因此可以在不同的容器中使用相同的算法函数。
STL中的算法函数都位于algorithm头文件中，可以通过#include
3.1、find()
查找算法，用于在容器中查找指定的元素，返回指向该元素的迭代器，如果没有找到则返回容器尾后迭代器。
下面是一个find的例子：
#include
#include
#include
int main()
{
std::vector v = {1, 2, 3, 4, 5};
auto it = std::find(v.begin(), v.end(), 3);
if (it != v.end())
{
std::cout << "found " << *it << std::endl;
}
else
{
std::cout << "not found" << std::endl;
}
return 0;
} 3.2、sort
排序算法，用于对容器中的元素进行排序，默认按照升序排序，也可以指定排序方式。
下面是一个sort的例子：
#include
#include
#include
int main()
{
std::vector v = {5, 3, 1, 4, 2};
std::sort(v.begin(), v.end());
for (auto it = v.begin(); it != v.end(); ++it)
{
std::cout << *it << " ";
}
return 0;
} 3.3、transform
变换算法，用于对容器中的元素进行变换，可以将一个容器的元素复制到另一个容器中，并对其进行变换操作。
下面是一个transform的例子：
#include
#include
#include
int main()
{
std::vector v = {1, 2, 3, 4, 5};
std::vector v2;
std::transform(v.begin(), v.end(), std::back_inserter(v2), [](int x) { return x * x; });
for (auto it = v2.begin(); it != v2.end(); ++it)
{
std::cout << *it << " ";
}
return 0;
} 另外还有一些常用的算法函数：
-
reverse()：对一个区间中的元素进行反转。
-
accumulate()：对一个区间中的元素进行累加。
-
unique()：在一个区间中删除相邻的重复元素。
-
count()：统计一个区间中指定值的元素个数。
-
merge()：将两个已排序的区间合并成一个已排序的区间。
四、迭代器
迭代器是STL中的一个重要概念，它是一种通用的、抽象的指针类型，用于访问容器中的元素。通过使用迭代器，可以遍历容器中的元素，实现各种算法和操作。
STL中提供了五种迭代器类型：输入迭代器（Input Iterator）、输出迭代器（Output Iterator）、正向迭代器（Forward Iterator）、双向迭代器（Bidirectional Iterator）和随机访问迭代器（Random Access Iterator）。
stack和queue不支持迭代器
下面是一些常用的迭代器函数：
-
begin()：返回容器的起始位置的迭代器。
-
end()：返回容器的结束位置的迭代器。
-
advance()：使迭代器向前或向后移动指定的距离。
-
distance()：计算两个迭代器之间的距离。
-
next()：返回迭代器的下一个位置的迭代器。
-
prev()：返回迭代器的前一个位置的迭代器。
下面是一个迭代器的例子：
#include
#include
int main()
{
std::vector v = {1, 2, 3, 4, 5};
for (std::vector::iterator it = v.begin(); it != v.end(); ++it)
{
std::cout << *it << " ";
}
return 0;
}