c++编程之—— STL(标准模板库)简介

tech2025-05-05  6

什么是STL

STL(Standard Template Library,标准模板库)的从广义上讲分为三类: algorithm(算法)、container(容器)和iterator(迭代器),容器和算法通过迭代器可以进行无缝地连接。几乎所有的代码都采用了模板类和模板函数的方式,这相比于传统的由函数和类组成的库来说提供了更好的代码重用机会。

STL的六大组件

容器(Container)算法(Algorithm)迭代器(Iterator)仿函数(Function object)适配器(Adaptor)空间配制器(allocator)

使用STL的好处

STL是C++的一部分,不用额外安装。STL的一个重要特点是数据结构和算法的分离,这种分离确实使得STL变得非常通用。高可重用性:STL中几乎所有的代码都采用了模板类和模版函数的方式实现,这相比于传统的由函数和类组成的库来说提供了更好的代码重用机会。高性能:如map可以高效地从十万条记录里面查找出指定的记录,因为map是采用红黑树的变体实现的。

容器(Container)

容器:用来管理元素的类,常见的如vector、stack、queue、map、arrary等,不多做解释。

迭代器(Iterator)

迭代器:在STL中用来将算法和容器联系起来,起着一种黏和剂的作用。几乎STL提供的所有算法都是通过迭代器存取元素序列进行工作的,每一个容器都定义了其本身所专有的迭代器,用以存取容器中的元素。

算法(Algorithm)

STL提供了大约100个实现算法的模版函数,比如算法for_each将为指定序列中的每一个元素调用指定的函数。再比如,stable_sort以 你所指定的规则对序列进行稳定性排序等等。只要熟悉了STL之后,只需要通过调用一两个算法模板,就可以完成所需要的功能,极大地提升效率。

算法部分主要由头文件algorithm,numeric和functional组 成。algorithm是所有STL头文件中最大的一个(尽管它很好理解),它是由一大堆模版函数组成的,可以认为每个函数在很大程度上 都是独立的,其中常用到的功能范围涉及到比较、交换、查找、遍历操作、复制、修改、移除、反转、排序、合并等等。

仿函数(Function object)

仿函数(functor),是通过重载()运算符模拟函数形为的类。

仿函数不是函数,它是个类;仿函数重载了()运算符,使得它的对你可以像函数那样子调用(代码的形式好像是在调用函数)。 在stl中提供了大量有用的仿函数,比如plus,minus,multiplies,divides,modulus,equal_to,not_equal_to,greater…很多很多,根据传入的参数的个数我们可以分为只需要接受一个参数的仿函数(unary_function)和需要接收两个参数的仿函数(binary_function)。

适配器(Adaptor)

把一个类的接口变换成客户端所期待的另一种接口,从而使原本接口不匹配而无法在一起工作的两个类能够在一起工作。举个例子:手机充电的电压是5V,而国家供电是220v,中间的变压器就类比适配器。

空间配制器(allocator)

空间配置器总是藏在一切组件的背后,默默工作。它是实现内存管理的类,内存申请、释放、延展等等,是对c语言malloc的封装升级使用。

C++标准库

除了STL之外,c++标准库功能强大

标准库中与语言支持功能相关的头文件

头文件功能描述cstddef定义宏NULL和offsetof,以及其他标准类型size_t和ptrdiff_t。与对应的标准C头文件的区别是,NULL是C++空指针常量的补充定义,宏offsetof接受结构或者联合类型参数,只要他们没有成员指针类型的非静态成员即可。limits提供与基本数据类型相关的定义。例如,对于每个数值数据类型,它定义了可以表示出来的最大值和最小值以及二进制数字的位数。climits提供与基本整数数据类型相关的C样式定义。这些信息的C++样式定义在中cfloat提供与基本浮点型数据类型相关的C样式定义。这些信息的C++样式定义在中cstdlib提供支持程序启动和终止的宏和函数。这个头文件还声明了许多其他杂项函数,例如搜索和排序函数,从字符串转换为数值等函数。它与对应的标准C头文件 stdlib.h不同,定义了abort(void)。abort()函数还有额外的功能,它不为静态或自动对象调用析构函数,也不调用传给 atexit()函数的函数。它还定义了exit()函数的额外功能,可以释放静态对象,以注册的逆序调用用atexit()注册的函数。清除并关闭所有 打开的C流,把控制权返回给主机环境。new支持动态内存分配typeinfo支持变量在运行期间的类型标识exception支持异常处理,这是处理程序中可能发生的错误的一种方式cstdarg支持接受数量可变的参数的函数。即在调用函数时,可以给函数传送数量不等的数据项。它定义了宏va_arg、va_end、va_start以及va_list类型csetjmp为C样式的非本地跳跃提供函数。这些函数在C++中不常用csignal为中断处理提供C样式支持

支持流输入/输出的头文件

头文件功能描述iostream支持标准流cin、cout、cerr和clog的输入和输出,它还支持多字节字符标准流wcin、wcout、wcerr和wclog。iomanip提供操纵程序,允许改变流的状态,从而改变输出的格式。ios定义iostream的基类istream为管理输出流缓存区的输入定义模板类ostream为管理输出流缓存区的输出定义模板类sstream支持字符串的流输入输出fstream支持文件的流输入输出iosfwd为输入输出对象提供向前的声明streambuf支持流输入和输出的缓存cstdio为标准流提供C样式的输入和输出cwchar支持多字节字符的C样式输入输出

与诊断功能相关的头文件

头文件功能描述stdexcept定义标准异常。异常是处理错误的方式cassert定义断言宏,用于检查运行期间的情形cerrno支持C样式的错误信息

定义工具函数的头文件

头文件功能描述utility定义重载的关系运算符,简化关系运算符的写入,它还定义了pair类型,该类型是一种模板类型,可以存储一对值。这些功能在库的其他地方使用functional定义了许多函数对象类型和支持函数对象的功能,函数对象是支持operator()()函数调用运算符的任意对象memory给容器、管理内存的函数和auto_ptr模板类定义标准内存分配器ctime支持系统时钟函数

支持字符串处理的头文件

头文件功能描述string为字符串类型提供支持和定义,包括单字节字符串(由char组成)的string和多字节字符串(由wchar_t组成)cctype单字节字符类别cwctype多字节字符类别cstring为处理非空字节序列和内存块提供函数。这不同于对应的标准C库头文件,几个C样式字符串的一般C库函数被返回值为const和非const的函数对替代了cwchar为处理、执行I/O和转换多字节字符序列提供函数,这不同于对应的标准C库头文件,几个多字节C样式字符串操作的一般C库函数被返回值为const和非const的函数对替代了。cstdlib为把单字节字符串转换为数值、在多字节字符和多字节字符串之间转换提供函数

定义容器类的模板的头文件

头文件功能描述vector定义vector序列模板,这是一个大小可以重新设置的数组类型,比普通数组更安全、更灵活list定义list序列模板,这是一个序列的链表,常常在任意位置插入和删除元素deque定义deque序列模板,支持在开始和结尾的高效插入和删除操作queue为队列(先进先出)数据结构定义序列适配器queue和priority_queuestack为堆栈(后进先出)数据结构定义序列适配器stackmapmap是一个关联容器类型,允许根据键值是唯一的,且按照升序存储。multimap类似于map,但键不是唯一的setset是一个关联容器类型,用于以升序方式存储唯一值。multiset类似于set,但是值不必是唯一的bitset为固定长度的位序列定义bitset模板,它可以看作固定长度的紧凑型bool数组

支持迭代器的头文件

头文件功能描述iterator给迭代器提供定义和支持

有关算法的头文件

头文件功能描述algorithm提供一组基于算法的函数,包括置换、排序、合并和搜索cstdlib声明C标准库函数bsearch()和qsort(),进行搜索和排序ciso646允许在代码中使用and代替&&

有关数值操作的头文件

头文件功能描述complex支持复杂数值的定义和操作valarray支持数值矢量的操作numeric在数值序列上定义一组一般数学操作,例如accumulate和inner_productcmath这是C数学库,其中还附加了重载函数,以支持C++约定cstdlib提供的函数可以提取整数的绝对值,对整数进行取余数操作

有关本地化的头文件

头文件功能描述locale提供的本地化包括字符类别、排序序列以及货币和日期表示。clocale对本地化提供C样式支持
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