C++核心编程之STL

STL初识：从零开始的奇幻冒险

1 STL的诞生：一场代码复用的革命

        很久很久以前，在编程的世界里，开发者们每天都在重复造轮子。无论是数据结构还是算法，每个人都得从头开始写，仿佛在无尽的沙漠中寻找绿洲。直到有一天，C++的面向对象和泛型编程思想横空出世，带来了复用性的曙光。于是，STL（Standard Template Library，标准模板库）应运而生，成为了拯救开发者于水深火热中的英雄。

2 STL基本概念：容器、算法与迭代器的三角恋

STL，全称标准模板库，是C++中的一把瑞士军刀。它主要由三大核心组成：

• 容器（Container）：用来存放数据的各种数据结构，比如数组、链表、栈、队列等。

• 算法（Algorithm）：用来处理数据的各种操作，比如排序、查找、遍历等。

• 迭代器（Iterator）：容器和算法之间的桥梁，让它们能够无缝连接。

STL的代码几乎都是模板类或模板函数，这意味着你可以用一套代码处理各种数据类型，真正做到“一次编写，到处运行”。

3 STL六大组件：容器、算法、迭代器、仿函数、适配器、空间配置器

STL不仅仅是一个库，它更像是一个精密的机器，由六大组件构成：

1. 容器：各种数据结构，如vector、list、map等，用来存放数据。

2. 算法：各种常用的操作，如sort、find、copy等，用来处理数据。

3. 迭代器：容器和算法之间的胶水，让它们能够协同工作。

4. 仿函数：行为像函数的对象，可以作为算法的策略。

5. 适配器：用来修饰容器、仿函数或迭代器的接口，让它们更灵活。

6. 空间配置器：负责内存的分配与管理，确保资源的高效利用。

这六大组件共同构成了STL的强大功能，让开发者能够轻松应对各种复杂的编程任务。

4 容器、算法、迭代器：STL的三剑客

容器：你可以把它想象成一个魔法背包，里面可以装各种类型的数据。STL提供了多种容器，比如vector（动态数组）、list（链表）、map（映射表）等。这些容器分为两类：

• 序列式容器：元素按顺序排列，比如vector和list。

• 关联式容器：元素之间没有严格的物理顺序，通常基于二叉树结构，比如map和set。

算法：算法就像是解决问题的魔法咒语。STL提供了大量的算法，比如sort（排序）、find（查找）、for_each（遍历）等。算法分为两类：

• 质变算法：会改变容器中的元素，比如copy和replace。

• 非质变算法：不会改变容器中的元素，比如find和count。

迭代器：迭代器就像是魔法棒，让你能够遍历容器中的元素，而不需要知道容器的内部结构。每个容器都有自己的迭代器，迭代器的种类也很多，从简单的输入迭代器到功能强大的随机访问迭代器，应有尽有。

        每个容器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

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、<、<=、>、>=

        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

5 容器算法迭代器初识：从代码中感受STL的魅力

5.1 vector存放内置数据类型

vector是STL中最常用的容器之一，你可以把它看作是一个动态数组。下面是一个简单的例子，展示了如何向vector中插入数据并遍历它：

• 容器：     vector
• 算法：     for_each
• 迭代器： vector<int>::iterator

#include<iostream>
using namespace std;
#include<vector>
#include<algorithm>  // 标准算法头文件

// vector存放内置数据类型

void myPrint(int val)
{
    cout<< val << endl;
}

void test01()
{
    // 创建了一个vector容器，数组
    vector<int> v;

    // 向容器中插入数据
    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据
    // vector<int>::iterator itBegin = v.begin(); //起始迭代器，指向容器中第一个元素
    // vector<int>::iterator itEnd = v.end(); // 结束迭代器，指向容器中最后一个元素的下一个位置

    // // 第一种遍历方式
    // while (itBegin != itEnd)
    // {
    //     cout<<*itBegin<<endl;
    //     itBegin++;
    // }

    // // 第二种遍历方式   就是将上面的进行改进优化
    // for(vector<int>::iterator it=v.begin();it != v.end(); it++)
    // {
    //     cout<<*it<<endl;
    // }

    // 第三种遍历方式  利用STL提供遍历算法
    for_each(v.begin(), v.end(), myPrint);



}


int main()
{
    test01();

    system("pause");
    return 0;
}

5.2 Vector存放自定义数据类型

vector不仅可以存放内置数据类型，还可以存放自定义的数据类型。比如，我们可以创建一个Person类，并将其对象存入vector中：

#include<iostream>
using namespace std;
#include<vector>
#include<algorithm>  // 标准算法头文件
#include<string>

// vector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;
};


void test01()
{
    vector<Person>v;

    Person p1("孙悟空", 25);
    Person p2("猪八戒", 15);
    Person p3("钟无艳", 36);
    Person p4("兰陵王", 50);
    Person p5("安琪拉", 18);

    // 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);

    // 遍历容器数据
    for(vector<Person>::iterator it=v.begin(); it!=v.end();it++)
    {
        // cout<<"姓名："<< (*it).m_Name<<" 年龄："<<(*it).m_Age<<endl;
        cout<<"姓名："<< it->m_Name <<" 年龄："<< it->m_Age <<endl;
    }

}

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

    Person p1("孙悟空", 25);
    Person p2("猪八戒", 15);
    Person p3("钟无艳", 36);
    Person p4("兰陵王", 50);
    Person p5("安琪拉", 18);

    // 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);

    // 遍历容器数据
    for(vector<Person*>::iterator it=v.begin(); it!=v.end();it++)
    {
        cout<<"姓名："<< (*it)->m_Name<<" 年龄："<<(*it)->m_Age<<endl;
        // cout<<"姓名："<< it->m_Name <<" 年龄："<< it->m_Age <<endl;
    }
}


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

5.3 Vector容器嵌套容器

STL的容器还可以嵌套使用，比如vector中可以存放另一个vector。下面是一个嵌套容器的例子：

#include<iostream>
using namespace std;
#include<vector>
#include<algorithm>  // 标准算法头文件
#include<string>

// vector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);
    }

    // 将小容器插入大容器中
    v.push_back(v1);
    v.push_back(v2);
    v.push_back(v3);
    v.push_back(v4);

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

}




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

结语：STL的奇幻之旅才刚刚开始

        STL就像是一个充满魔法的工具箱，里面装满了各种强大的工具。通过容器、算法和迭代器的组合，你可以轻松解决各种复杂的编程问题。这只是STL的入门，随着你深入学习，你会发现它的更多神奇之处。准备好踏上这段奇幻的编程之旅了吗？STL的世界正等着你去探索！