一、C++ STL（Standard Template Library，标准模板库）简介

- 什么是STL

- STL是一个具有工业强度的、高效的C++库，它抽象了数据结构和算法，提供了一套通用的工具，用于处理数据集合和容器。

- STL的设计借鉴了函数式编程语言中的“容器”和“算法”的概念，数据将结构（容器）与操作数据的算法分离，从而提高了代码的复用性和可读性。

- STL的主要组成部分

- 容器（Containers）：用于存储和组织数据，例如`vector`（动态数组）、`list`（双向链表）、`map`（关联容器，键值对存储）等。

- 算法（Algorithms）：用于对容器中的数据进行操作，例如`sort`（排序）、`find`（查找）、`copy`（复制）等。

- 迭代器（Iterators）：类似于指针，用于访问容器中的元素，为算法操作容器中的数据提供了通用接口。

- 函数对象（Function Objects）：也称为仿函数，是通过重载`operator()`使其能够被像函数一样调用的对象，用于自定义算法的行为。

- 配接器（Adaptors）：用于扩展容器的功能或改变算法的行为，例如`stack`（栈适配器）和`queue`（队列适配器）。

二、STL容器

1. 序列容器

- `std::vector`

- 特点：动态数组，可以动态扩展和收缩。

- 使用方式：

std::vector<int> vec;

vec.push_back(1);

vec.push_back(2);

vec[0] = 10; // 通过下标访问

- 适用场景：适用于需要随机访问元素且对连续内存存储有要求的场景。

- `std::list`

- 特点：双向链表，支持在任意位置快速插入和删除元素。

- 使用方式：

std::list<int> lst;

lst.push_back(1);

lst.push_front(2);

lst.erase(lst.begin()); // 删除第一个元素

- 适用场景：适用于频繁插入和删除元素的场景。

- `std::deque`（双端队列）

- 特点：支持从头部和尾部快速插入和删除元素。

- 使用方式：

std::deque<int> dq;

dq.push_front(1);

dq.push_back(2);

dq.pop_front(); // 删除头部元素

- 适用场景：适用于需要从两端操作数据的场景，如双端队列。

2. 关联容器

- `std::set`

- 特点：自动排序且不存储重复元素。

- 使用方式：

stdset::<int> s;

s.insert(1);

s.insert(2);

s.erase(1); // 删除元素

- 适用场景：适用于需要去重和有序存储的场景。

- `std::map`

- 特点：键值对存储，按键自动排序。

- 使用方式：

std::map<std::string, int> m;

m["apple"] =1 ;

m["banana"] = 2;

for (auto& pair : m) {

std::cout << pair.first << ": " << pair.second << std::endl;

}

- 适用场景：适用于需要通过键值快速查找和存储的场景。

3. 容器适配器

- `std::stack`（栈）

- 特点：后进先出的数据结构。

- 使用方式：

std::stack<int> stk;

stk.push(1);

stk.push(2);

stk.pop(); // 删除栈顶元素

- `std::queue`（队列）

- 特点：先进先出的数据结构。

- 使用方式：

std::queue<int> q;

q.push(1);

q.push(2);

q.pop(); // 删除队列头部元素

- `std::priority_queue`（优先队列）

- 特点：元素按照优先级排序，优先级最高的元素最先出队。

- 使用方式：

std::priority_queue<int> pq;

pq.push(1);

pq.push(2);

pq.pop(); // 删除优先级最高的元素

三、STL算法

- 通用算法

- `std::sort`（排序）

- 功能：对容器中的元素进行排序。

- 使用方式：

std::vector<int> vec = {3, 1, 2};

std::sort(vec.begin(), vec.end()); // 升序排序

- `std::find`（查找）

- 功能：在容器中查找指定元素。

- 使用方式：

std::vector<int> vec = {1, 2, 3};

auto it = std::find(vec.begin(), vec.end(), 2);

if (it != vec.end()) {

std::cout << "Found!" << std::endl;

}

- `std::copy`（复制）

- 功能：将容器中的元素复制到另一个容器。

- 使用方式：

std::vector<int> vec = {1, 2, 3};

std::vector<int> vec2(vec.size());

std::copy(vec.begin(), vec.end(), vec2.begin());

算法分类

- 非修改算法：不修改容器中的元素，如`find`、`count`等。

- 修改算法：会修改容器中的元素，如`sort`、`replace`等。

四、STL迭代器

- 迭代器分类

- 随机访问迭代器：支持所有迭代器操作，效率最高，例如`vector`的迭代器。

- 双向迭代器：支持前后移动，例如`list`的迭代器。

- 输入迭代器：只能单向移动，用于读取数据。

- 输出迭代器：只能单向移动，用于写入数据。

- 迭代器使用示例

- 遍历容器：

std::vector<int> vec = {1, 2, 3};

for (auto it = vec.begin(); it != vec.end(); ++it) {

std::cout << *it << std::endl;

}

五、STL的优点

- 高度封装：STL将数据结构和算法封装为模板，用户无需从头实现，减少了开发工作量。

- 高效性：STL的实现经过优化，性能表现良好。

- 可扩展性：支持自定义数据结构和算法，能够满足多样化的开发需求。

- 通用性：通过模板机制，STL可以适应各种不同类型的元素。

六、STL的缺点

- 复杂性：STL的语法和概念较为复杂，初学者可能会感到难以理解。

- 性能开销：虽然STL本身高效，但在某些特定场景下（如对内存严格要求的嵌入式系统），可能会带来额外的性能开销（如动态内存分配）。

- 调试困难：由于STL的抽象程度较高，某些情况下出错时难以定位问题。

总的来说，STL是C++程序员不可或缺的工具之一，它极大地提升了C++的表达能力和开发效率。然而，合理使用STL，根据实际需求选择合适的容器和算法，才是发挥其优势的关键。