黑马C++ 03 提高3 —— 初识STL

1. STL 诞生

• 软件界一直希望建立一种可重复利用的东西
• C++的面向对象和泛型编程思想，目的就是复用性的提升
• 大多情况下，数据结构和算法都未能有一套标准，导致被迫从事大量重复工作
• 为了建立数据结构和算法的一套标准,诞生了STL

2. STL基本概念

• STL(Standard Template Library,标准模板库)
• STL 从广义上分为：容器(container) 算法(algorithm) 迭代器(iterator)
• 容器和算法之间通过迭代器进行无缝连接。
• STL 几乎所有的代码都采用了模板类或者模板函数

3. STL六大组件(重点讲解前4个)

STL大体分为六大组件，分别是:容器(数据结构)、算法、迭代器、仿函数、适配器（配接器）、空间配置器。

• 容器：各种数据结构，如vector、list、deque、set、map等，用来存放数据。
• 算法：各种常用的算法，如sort、find、copy、for_each等
• 迭代器：扮演了容器与算法之间的胶合剂。
• 仿函数：行为类似函数，可作为算法的某种策略。
• 适配器：一种用来修饰容器或者仿函数或迭代器接口的东西。
• 空间配置器：负责空间的配置与管理。

4. STL中容器、算法、迭代器

4.1 容器

• 容器：置物之所也。STL容器就是将运用最广泛的一些数据结构实现出来
• 常用的数据结构：数组, 链表,树, 栈, 队列, 集合, 映射表 等

这些容器分为序列式容器和关联式容器两种:

• 序列式容器：强调值的排序，序列式容器中的每个元素均有固定的位置
• ​关联式容器：二叉树结构，各元素之间没有严格的物理上的顺序关系

4.2 算法

• 算法必须通过迭代器才能访问容器中的元素
• 算法：问题之解法也。有限的步骤，解决逻辑或数学上的问题，我们叫做算法(Algorithms)

算法分为：质变算法和非质变算法：

• 质变算法：是指运算过程中会更改区间内的元素的内容。例如拷贝，替换，删除等等
• 非质变算法：是指运算过程中不会更改区间内的元素内容，例如查找、计数、遍历、寻找极值等等

4.3 迭代器(类似指针)

• 迭代器：容器和算法之间粘合剂
• 提供一种方法，使之能够依序寻访某个容器所含的各个元素，而又无需暴露该容器的内部表示方式
• 每个容器(每种数据结构)都有自己专属的迭代器
• 迭代器使用非常类似于指针，初学阶段我们可以先理解迭代器为指针

迭代器种类如下，常用的容器中迭代器种类为双向迭代器和随机访问迭代器

种类	功能	支持运算
输入迭代器	对数据的只读访问	只读，支持++、==、！=
输出迭代器	对数据的只写访问	只写，支持++
前向迭代器	读写操作，并能向前推进迭代器	读写，支持++、==、！=
双向迭代器	读写操作，并能向前和向后操作	读写，支持++、–，
随机访问迭代器	读写操作，可以以跳跃的方式访问任意数据，功能最强的迭代器	读写，支持++、–、[n]、-n、<、<=、>、>=

5. 容器算法迭代器初识

• 了解STL中容器、算法、迭代器概念之后，我们利用代码感受STL的魅力。
• STL中最常用的容器为vector，可以理解为数组，下面我们将学习如何向这个容器中插入数据、并遍历这个容器。

5.1 vector 存放内置数据类型

• 容器：vector
• 算法：for_each
• 迭代器： vector::iterator、

vector 函数

• v.push_back：尾插数据
• v.begin：起始迭代器，指向容器中第一个元素
• v.end：结束迭代器，指向容器中最后一个元素的下一个位置
  
• 三种遍历数据的方式

	// 第一种遍历方式 —— 指针解引用方式
	while (itBegin != itEnd)
	{
		cout << *itBegin << endl; // 迭代器相当于指针，使用*解引用方式取值
		itBegin++;
	}

	// 第二种遍历方式 —— for循环算法
	for (vector<int>::iterator it = v.begin(); it != v.end(); it++)
	{
		cout << *it << endl;
	}

	// 第三种遍历方式 —— 利用STL提供的遍历算法for_each
	for_each(v.begin(), v.end(), MyPrint);// 利用回调的技术

• 总程序

#include // vector 容器
#include
#include // 算法头文件
using namespace std;

// vector容器存放内置的数据类型
void MyPrint(int val)
{
	cout << val << " ";
}

void test01()
{
	// 创建一个vector容器，数组
	vector<int> v;	// v相当于一个数组变量，int是数据类型

	// 向容器中插入数组，push_back-尾插数据
	v.push_back(10);
	v.push_back(20);
	v.push_back(30);
	v.push_back(40);

	// 通过迭代器访问容器中的数组，迭代器相当于一个指针
	// v.begin是起始迭代器，指向容器中第一个元素
	vector<int>::iterator itBegin = v.begin();
	// v.end是结束迭代器，指向容器中最后一个元素的下一个位置
	vector<int>::iterator itEnd = v.end();

	// 第一种遍历方式 —— 指针解引用方式
	cout << "方法1：指针解引用" << endl;
	while (itBegin != itEnd)
	{
		cout << *itBegin << " "; // 迭代器相当于指针，使用*解引用方式取值
		itBegin++;
	}
	cout << endl;

	// 第二种遍历方式 —— for循环算法
	cout << "方法2：for循环" << endl;
	for (vector<int>::iterator it = v.begin(); it != v.end(); it++)
	{
		cout << *it << " ";
	}
	cout << endl;

	// 第三种遍历方式 —— 利用STL提供的遍历算法for_each
	cout << "方法3：for_each遍历" << endl;
	for_each(v.begin(), v.end(), MyPrint);// 利用回调的技术
	cout << endl;
	// 回调函数是一个被作为参数传递的函数，MyPrint作为第3个参数被传入到for_each
}

int main()
{
	test01();
	system("pause");
	return 0;
}

5.2 vector 存放自定义数据类型

• 学习目标：vector中存放自定义数据类型，并打印输出

#include
#include// 算法头文件
#include
#include
using namespace std;

// vector容器中存放自定义数据类型
class Person
{
public:
	Person(string name, int age)
	{
		this->m_Name = name;
		this->m_Age = age;
	}
	string m_Name;
	int m_Age;
};

// 存放对象
void test01()
{
	vector<Person>v;

	Person p1("aaa", 10);
	Person p2("bbb", 20);
	Person p3("ccc", 30);
	Person p4("ddd", 40);
	Person p5("eee", 50);

	// 向容器中添加数据
	v.push_back(p1);
	v.push_back(p2);
	v.push_back(p3);
	v.push_back(p4);
	v.push_back(p5);

	// 遍历容器中的数据，it是个迭代器，当做指针用
	for (vector<Person>::iterator it = v.begin(); it != v.end(); it++)
	{
		// *it解引用出来的是Person数据类型，it是指针，可以使用箭头方式
		// cout << "姓名：" << (*it).m_Name << "年龄：" << (*it).m_Age << endl;
		cout << "姓名：" << it->m_Name << " 年龄：" << it->m_Age << endl;
	}
	cout << endl;
}

// 存放自定义数据类型：指针(存放的是指针)
void test02()
{
	vector<Person*>v;

	Person p1("aaa", 10);
	Person p2("bbb", 20);
	Person p3("ccc", 30);
	Person p4("ddd", 40);
	Person p5("eee", 50);

	// 向容器中添加数据的地址
	v.push_back(&p1);
	v.push_back(&p2);
	v.push_back(&p3);
	v.push_back(&p4);
	v.push_back(&p5);

	// 遍历容器 Person 类型的指针，用*it
	for (vector<Person*>::iterator it = v.begin(); it != v.end(); it++)//Person *是指针类型
	{
		// *it 解引用出来的是Person类型的指针，(*it)就是指针
		cout << "姓名：" << (*it)->m_Name << " 年龄：" << (*it)->m_Age << endl;//(*it)是个指针
	}
}

int main()
{
	test01();
	test02();
	system("pause");
	return 0;
}

5.3 vector 容器嵌套容器

• 学习目标：容器中嵌套容器，我们将所有数据进行遍历输出

#include
#include// 算法头文件
#include
using namespace std;

// 容器嵌套容器
void test01()
{
	vector<vector<int>>v;

	// 创建小容器
	vector<int>v1;
	vector<int>v2;
	vector<int>v3;
	vector<int>v4;

	// 向小容器中添加数据
	for (int i = 0; i < 4; i++)
	{
		v1.push_back(i + 1);
		v2.push_back(i + 2);
		v3.push_back(i + 3);
		v4.push_back(i + 4);
	}

	// 将小容器插入到大的容器中
	v.push_back(v1);
	v.push_back(v2);
	v.push_back(v3);
	v.push_back(v4);

	// 通过大容器把所有的数据遍历一遍
	for (vector<vector<int>>::iterator it = v.begin(); it != v.end(); it++)
	{
		// (*it) 表示容器 vector
		for (vector<int>::iterator vit = (*it).begin(); vit != (*it).end(); vit++)
		{
			cout << *vit << " ";
		}
		cout << endl;
	}
}

int main()
{
	test01();
	system("pause");
	return 0;
}