C++学习笔记（二十三）——STL标准库

一、STL（Standard Template Library）

STL（标准模板库） 是 C++ 标准库 的重要组成部分，提供了通用的数据结构和算法，使 C++ 具备高效、泛型、可复用的编程能力。

STL 主要由六大组件组成：

特点：

• 高效 —— 采用模板，提高性能。
• 通用 —— 适用于多种类型。
• 安全 —— 内置边界检查。

STL 是 C++ 强大的核心，广泛应用于数据处理、搜索、排序等场景。

二、容器（Containers）

(1) 序列式容器（Sequence Containers）

作用：存储有序元素，支持索引、插入、删除等操作。

(2) 关联式容器（Associative Containers）

作用：存储键值对（key-value），自动排序。

(3) 无序容器（Unordered Containers）

作用：基于哈希表，无序存储，查找快。

三、算法（Algorithms）

作用：
STL 提供了 80+ 算法，如排序、搜索、变换等。

示例——排序 vector：

#include <iostream>
using namespace std;
#include <vector>
#include <algorithm>  // sort()

int main() {
    vector<int> v = { 40, 10, 30, 20 };

    sort(v.begin(), v.end());  // 默认升序
    for (int x : v)
    {
        cout << x << " ";
    }
    cout << endl;

    system("pause");
    return 0;
}

降序排序时，可以使用：

#include <functional>
sort(v.begin(), v.end(), greater<int>());

四、迭代器（Iterators）

作用：
用于遍历 STL 容器，类似指针。

示例——使用迭代器遍历 vector：

#include <iostream>
using namespace std;
#include <vector>

int main() {
    vector<int> v = { 10, 20, 30, 40 };

    // 使用迭代器遍历
    for (vector<int>::iterator it = v.begin(); it != v.end(); ++it)
    {
        cout << *it << " ";
    }
    cout << endl;

    system("pause");
    return 0;
}

注意：

• 使用 auto 让代码更简洁：

  for (auto it = v.begin(); it != v.end(); ++it) { cout << *it << " "; }
  

• 使用 range-based for 直接遍历：

  for (int x : v) { cout << x << " "; }
  

• end()返回的迭代器，指向容器末尾元素的下一个位置。

五、仿函数（Functors）

作用：
仿函数（函数对象）是重载operator()的类，可用于 sort()。

示例——自定义比较函数：

#include <iostream>
using namespace std;
#include <vector>
#include <algorithm>

// 定义仿函数，降序
class Desc {
public:
    bool operator()(int a, int b)
    {
        return a > b;
    }
};

int main() {
    vector<int> v = { 10, 30, 20 };
    sort(v.begin(), v.end(), Desc());  // 使用仿函数排序

    for (int x : v)
    {
        cout << x << " ";
    }
    cout << endl;

    system("pause");
    return 0;
}

注意：
适用于排序、过滤等场景。

六、适配器（Adapters）

作用：
适配器用于修改容器行为，如 stack、queue。

示例——使用 stack：

#include <iostream>
using namespace std;
#include <stack>

int main() {
    stack<int> s;
    s.push(10);
    s.push(20);
    s.push(30);

    cout << s.top() << endl;  // 30
    s.pop();
    cout << s.top() << endl;  // 20

    system("pause");
    return 0;
}

注意：
适用于 LIFO（后进先出）结构，如浏览器前进/后退、撤销操作等。

七、空间配置器（Allocators）

作用：
STL 空间配置器（Allocator） 是 C++ 标准模板库（STL）中用于管理动态内存分配的组件，可以优化性能，避免频繁 malloc/free 带来的开销。

STL 容器（如 vector、deque、list 等）默认使用std::allocator<T> 来分配和释放内存。

std::allocator<T> 提供了一些基础的内存管理方法：

示例1——使用STL 默认空间配置器：

#include <iostream>
using namespace std;
#include <vector>
#include <memory> // 包含 allocator 头文件

int main() {
    vector<int, allocator<int>> vec;  // 指定默认 allocator
    vec.push_back(10);
    vec.push_back(20);

    cout << vec[0] << " " << vec[1] << endl;

    system("pause");
    return 0;
}

注意：
STL 容器默认使用std::allocator<T>，但可以替换为自定义 Allocator。

示例2——使用 std::allocator 手动管理内存：

#include <iostream>
using namespace std;
#include <memory>  // 包含 allocator

int main() {
    allocator<int> alloc;  // 创建 allocator

    int* p = alloc.allocate(3);  // 分配 3 个 int 空间

    alloc.construct(p, 10);       // 构造第一个元素 10
    alloc.construct(p + 1, 20);   // 构造第二个元素 20
    alloc.construct(p + 2, 30);   // 构造第三个元素 30

    cout << p[0] << " " << p[1] << " " << p[2] << endl;

    alloc.destroy(p);        // 销毁第一个元素
    alloc.destroy(p + 1);    // 销毁第二个元素
    alloc.destroy(p + 2);    // 销毁第三个元素

    alloc.deallocate(p, 3);  // 释放内存

    system("pause");
    return 0;
}

注意：
手动 allocate() 申请空间，construct() 进行构造，destroy() 进行析构，最后 deallocate() 释放内存。