c++之STL库

基本概念

C++标准模板库（Standard Template Library，简称STL）是C++语言中非常重要的一个组成部分，它是一个高效的通用模板库，提供了丰富的数据结构和算法，极大地简化了C++程序的开发，提高了代码的复用性和可维护性。

主要包含六大组件：容器（Containers）、算法（Algorithms）、迭代器（Iterators）

一.容器（Containers）

1.序列容器（Sequence Containers）：

每个元素都有固定位置——取决于插入时机和地点，和元素值无关。

std::vector：动态数组，支持快速随机访问，但插入和删除操作较慢。
std::list：双向链表，支持快速插入和删除操作，但不支持随机访问。
std::deque：双端队列，支持在两端快速插入和删除操作。
std::array：固定大小的数组，类似于C语言中的数组，但更安全。
std::string：用于存储字符串的容器，本质上是一个字符序列。

2.关联容器（Associative Containers）：

元素的位置取决于特定的排列准则，和插入顺序无关。

std::set：由节点组成的红黑树，存储唯一元素的有序集合，自动排序。
std::multiset：允许存储重复元素的有序集合。
std::map：键值对的有序映射，键唯一。
std::multimap：键值对的有序映射，允许键重复。

3.无序容器（Unordered Containers）：

std::unordered_set：基于哈希表的集合，存储唯一元素，不自动排序。
std::unordered_multiset：基于哈希表的集合，允许存储重复元素。
std::unordered_map：基于哈希表的键值对映射，键唯一。
std::unordered_multimap：基于哈希表的键值对映射，允许键重复。

4.迭代器（Iterators）

迭代器是用于访问容器中元素的对象，类似于指针。STL定义了多种迭代器类型，包括：
输入迭代器（Input Iterator）：只能向前移动，用于读取数据。
输出迭代器（Output Iterator）：只能向前移动，用于写入数据。
前向迭代器（Forward Iterator）：可以向前移动，支持读写操作。
双向迭代器（Bidirectional Iterator）：可以向前和向后移动。
随机访问迭代器（Random Access Iterator）：支持随机访问，可以像指针一样进行加减操作。

5.算法（Algorithms）

STL提供了大量通用算法，这些算法独立于容器，可以对任何支持迭代器的容器进行操作。常见的算法包括：
排序算法：std::sort、std::stable_sort、std::partial_sort。
搜索算法：std::find、std::binary_search。
数值算法：std::accumulate、std::inner_product。
修改算法：std::copy、std::reverse、std::transform。
非修改算法：std::count、std::max_element、std::min_element。

6.函数对象（Function Objects）

函数对象是重载了函数调用运算符（operator()）的对象。它们可以像函数一样被调用，但可以携带状态信息。STL提供了多种预定义的函数对象，如：
比较函数对象：std::less、std::greater。
算术函数对象：std::plus、std::minus。
逻辑函数对象：std::logical_and、std::logical_or。

二.STL的优点

通用性：STL的容器和算法是基于模板实现的，可以适用于任何数据类型。
高效性：STL的实现经过优化，性能优异。
可复用性：STL提供了大量现成的容器和算法，可以直接使用，减少了重复开发的工作量。
安全性：STL的容器提供了边界检查等安全机制，减少了错误的发生。

三.STL的局限性

尽管STL非常强大，但它也有一些局限性：
性能问题：某些操作（如频繁的插入和删除）可能会导致性能下降，特别是在使用某些容器时。
内存消耗：某些容器（如std::vector）可能会分配额外的内存以支持动态扩展。
学习曲线：STL的复杂性和灵活性可能会让初学者感到困惑。