C++学习笔记之四（标准库、标准模板库、vector类）

1、C++标准库

$C++$标准库指的是标准程序库($Standard$ $Libaray$)，它定义了十个大类，其中包括我们比较熟悉的$iostream,string$都是这十个大类的其中一个类中的一个小类。而$c++$的标准模板库也只是占了其中三个大类而已。

上面这十个类还只是一个些大类，这十个大类下面还有51个小类。例如容器类下有这些小类：

更多内容可以参考这篇文章，链接: C++标准库。
使用的时候，由于十个大类是一个抽象集合，本身是没办法调用的。我们只能调用这些大类下的小类，且必须通过添加头文件的形式。同时，$C++$标准强制头文件不要加$.h$。下面是一些例子：

#include<iostream>				//调用输入输出类中的标准输入输出类
#include<string>				//调用字符串类
#include<vector>				//调用容器类中的vector
#include<queue>					//调用容器类中的queue
#include<algorithm>				//调用算法类

2、C++标准模板库

标准模板库($STL:$ $Standard$ $Template$ $Library$)区别于标准库，它是一组用于处理各种容器对象的模板，提供了表示容器、迭代器、函数对象、和算法的模板。也就是说，标准模板库是为服务容器而设计的。其中比较容易被忽略的是，$array$其实也是容器中的一种。

如上图所示，迭代器、函数对象、算法它们虽然同属于$STL$库的基本组件，但其实都是服务于容器的。

2.1、vector

$Vector$中文名是矢量的意思，是容器类中最基础也是最重要的一个类。

2.1.1、vector与array

在$C++$中$vector$和$array$（数组）有很多相似之处，它们都可以被用于存放某一类型的变量。下面则来看一个入门级别的应用——用vector存放特定类型的数值。

#include<iostream>
#include<vector>

#define num 5
using namespace std;

int main()
{
	vector<int> mycontain(num);				//声明一个存放整形变量的vector
	
	for(int i=0; i<num; i++)
	{
		cout<<"please enter the "<<i+1<<" number : ";
		cin>>mycontain[i];					//跟往数组里面放数据一样，往vector里面放数据
	}
	for(int i=0; i<num; i++)
	{
		cout<<mycontain[i]<<" ";
	}
	cout<<"\n";
	
	return 0;	
}

2.1.2、vector与函数对象

$vector$比$array$高级的地方莫过于它能和函数对象、算法以及迭代器结合起来使用，下面直接通过一些例子了解$vector$和一些常规函数对象的结合。

#include<iostream>
#include<vector>

using namespace std;

void print_vector(void);		//define a function to print all of numbers in the vector

vector<int> my_vector;

int main()
{
	int i,temp;
	
	//push some number into the vector and print all of them
	while(1)
	{
		cout<<"please enter the "<<++i<<" number : ";
		cin>>temp;
		my_vector.push_back(temp);					//push_back( )，一个往vector的末端添加数字的函数，有且仅有一个输入参数。
		pd = my_vector.end();								//end()，返回值是vector末端的地址，无输入参数。
		if(*(my_vector.end()-1) == 0) break;		//if the last number you enter is zero, the program will jump out the loop.
	}
	print_vector();
	
	//erase some numbers in the vector and print out the rest
	my_vector.erase(my_vector.begin(), my_vector.begin()+2);		//.erase( , )，拆除vector中某一段数字，有两个输入参数，第一个是将要擦除的起始地址，另一个是停止地址。
																										//.begin()，返回值是vector的首部地址，无输入参数。
	print_vector();
	
	//insert a number into the vector and print all of them.
	my_vector.insert(my_vector.end(), 9);											//.insert( , )，往vector某个地方插入一个数字，两个输入参数，第一个是要插入的地址，另一个是要插入的数字
	print_vector();
	
	return 0;	
}


void print_vector(void)
{
	for(int i=0; i<my_vector.size(); i++)										//.size()，返回值vector的尺寸大小。
	{
		cout<<my_vector[i]<<" ";
	}	
	cout<<"\n";
}

看完代码，再来根据解决代码中的几个疑惑点。其一，在这句代码：“if(*(my_vector.end() - 1) == 0)”，my_vector.end()，的返回值是一个迭代器，但我这里并没有定义一个迭代器去接收它的返回值，而是直接调用该代码然后解引用。其实这样是合规的。其二，同样是这句代码，我为了拿到vector中的最后一个值，我需要在尾部的地址基础上减去一。这是由vector的性质决定的，我们来看看这个图。

如上图所示，my_vector.end()拿到的并不是最后一个数据的地址，而是内存中其他数据的地址。又由于vector的地址从尾部到首部呈现从高到低分布，所以需要减一，而非加一。
值得一提的是，$vector$的数据输入输出方式，是从尾部输入，从首部输出。并且当有新的数据输入进来的时候，my_vector.end()的迭代器会指向新输入进来的数据。而不是新输入的数据取代原来尾部的数据，这个理解尤为重要。

2.1.3、vector与迭代器

上文有提到过"my_vector.begin()"和"my_vector.end()"的返回值是一个迭代器，并且这个迭代器可以像指针那样操作。便可以大概看出，迭代器和指针颇为相似。但两者的区别是指针指向的必须是连续的内存空间，但迭代器指向的可以是间断的内存空间。这是由于一些容器的内存分配可能零散导致的，如图：

容器的内存空间可能间断分布，而为了准确寻找容器中的数据，迭代器就应运而生了。不过迭代器也分为五个种类，本人学识有限，就只介绍可用于$vector$的那一种。直接上个例子：

#include<iostream>
#include<vector>

using namespace std;

int main()
{
	vector<int> my_vector;
	vector<int>::iterator iter;						//定义一个存放vector<int>地址的迭代器
	int temp,i=0;
	
	while(1)
	{
		cout<<"please enter the "<<++i<<" number : ";
		cin>>temp;
		my_vector.push_back(temp);			//由于内存分布不完整，当你没添加数据进去之前，它压根不知道下一个数据在那个位置，所以不能用my_vector[i]的方式赋值。
		iter = my_vector.end();					//把尾部的地址传给迭代器iter
		if(*(iter-1) == 0) break;						//解引用迭代器以获得对象的值
	}
	for(i=0; i < my_vector.size(); i++)
	{
		iter = my_vector.begin();
		cout<<*(iter+i)<<" ";							//同上
	}
	cout<<"\n";
	
	return 0;
}

2.1.4、vector与算法

这里的算法特指对vector内部数据进行处理的算法，如排序、变换、打乱等。直接上代码看看一些常用的算法怎么用。由于算法部分内容太庞大了，所以这几句话带过会显得十分草率。

#include<iostream>
#include<algorithm>
#include<vector>
#include<iterator>

using namespace std;

void vector_print(void);
vector<int>::iterator iter;
int array[9] = {1,5,2,7,9,11,3,6,2};
vector<int> my_vector(array,array+9);

int main()
{	
	sort(my_vector.begin(), my_vector.end(), greater<int>());			//输入参数为两个或者三个，前两个参数为迭代器的始末值，最后一个参数是排序标准。
	vector_print();
	random_shuffle(my_vector.begin(), my_vector.end());			//输入参数为两个，前两个参数为迭代器的始末值。
	vector_print();
	vector<int>::iterator temp = find(my_vector.begin(), my_vector.end(), 9);		//前两个参数为迭代器的始末值，最后一个参数是要查找的值，返回值也是一个迭代器。
	cout<<*temp<<endl;
	
	return 0;
}

void vector_print()
{
	iter = my_vector.begin();
	for(int i = 0;i<my_vector.size();i++){
		cout<<*(iter+i)<<" ";
	}
	cout<<"\n";	
}