【c++】标准模板库STL入门简介与常见用法
一、STL简介
1、什么是STL
STL（Standard Template Library）标准模板库，主要由容器、迭代器、算法、函数对象、内存分配器和适配器六大部分组成。STL已是标准C++的一部分，使用STL开发系统可以提高开发效率。
2、容器（Containers）
容器类是可以包含其它对象的模板类，如向量类（vector）、链表类（list）、双向队列类（deque）、集合类（set）和映射类（map）等。其中vector、list、deque为序列式容器，set、map为关联式容器。如：
vector<int> x; //向量x，每个分量是int
vector<point> v; //向量v，每个分量是point
list<int> L1; //链表L1，每个节点是int
3、算法（Algorithms）
STL提供了非常多的数据结构算法，它们在std命名空间的范围内定义，通过#include<algorithm>获得对它们的使用权。
注意：算法都是全局函数模板，如：for_each( )、find（）、count（）和sort（）等
4、迭代器（Iterator）
迭代器类似于C++的指针，是一个指示器，用来指示容器中的某个元素，迭代器的出现使得容器与算法的分离成为可能，即使用算法必须使用容器和迭代器。
5、函数对象：具有operator（）运算符重载函数的对象。
二、vector技术
1、vector概述
vector是STL提供的最简单，也是最常用的容器类模板之一，类似于传统数组。
vector特点：提供了对数组元素的快速、随机访问，以及在序列尾部快速、随机的插入和删除；vector对象在运行时可以动态改变自身的大小以便容纳任何数目的元素。
vector头文件：vector是在标准头文件<vector>或在非标准向后兼容头文件vector.h中定义。
2、vector的成员函数
（1）构造函数：
vector<T> v1; // vector保存类型为T对象。默认构造函数v1为空。
vector<T> v2(v1); // v2是v1的一个副本。
vector<T> v3(n, i); // v3 包含 n 个值为 i 的元素。
vector<T> v4(n); // v4 具有n个元素。
（2）操作
v.empty(); // 如果 v 为空，则返回 true，否则返回 false。
v.size(); // 返回 v 中元素的个数。
v.push_back(t); // 在 v 的末尾增加一个值为 t 的元素。
v.pop_back(); // 删除v的末尾元素
v.erase(iter);//删除iter指示器指示的元素
v.erase(iter_F,iter_L);//删除指示器iter_F和iter_L之间的所有元素
v.resize(10); //改变v的大小为10；
v[n]; // 返回 v 中位置为 n 的元素。
v1 = v2; // 把 v1 的元素替换为 v2 中元素的副本。
v1 == v2; // 如果 v1 与 v2 相等，则返回 true。
// !=, <, <=, >, 和>=保持这些操作符惯有的含义。
例题1基本操作练习
#include <vector>
#include <iostream>
using namespace std;
void main()
{
vector<int> v(5,8);
cout<<"v.size()="<<v.size()<<endl;
v.push_back(10);
v.push_back(12);
cout<<"v.size()="<<v.size()<<endl;
for ( int i=0;i<v.size();i++)
cout<<v[i]<<endl;
v.pop_back();
v.pop_back();
v.pop_back();
v.pop_back();
cout<<"v.size()="<<v.size()<<endl;
for ( i=0;i<v.size();i++)
cout<<v[i]<<endl;
}
3、高级操作
迭代器和算法同样适用于其它容器。
（1）迭代器
迭代器类型：
vector<T>::iterator
举例：
for (vector<int>::iterator iter=v.begin();iter<v.end();iter++)
cout<<*iter<<endl;
（2）算法
for_each 算法：
for_each(起始iterator，末尾iterator，函数模板)；
举例：
#pragma warning(disable:4786)
#include <vector>
#include <string>
#include <iostream>
#include <algorithm>
using namespace std;
void PrintIt(string & S)
{
cout<<S<<endl;
}
void main()
{
vector<string> v;
v.push_back("English");
v.push_back("Math");
v.push_back("Chinese");
v.push_back("Program");
for_each (v.begin(),v.end(),PrintIt);
}
sort算法
sort（（起始iterator，末尾iterator）；
举例：
sort(v.begin(),v.end());
count算法
count（起始iterator，末尾iterator，某个值）统计某个值的出现次数
举例：
#pragma warning(disable:4786)
#include <vector>
#include <iostream>
#include <algorithm>
using namespace std;
void PrintIt(string & S)
{
cout<<S<<endl;
}
void main()
{
vector<int> v;
v.push_back(100);
v.push_back(80);
v.push_back(90);
v.push_back(100);
v.push_back(80);
cout<<count(v.begin(),v.end(),100)<<endl;
}
find算法
find（起始iterator，末尾iterator，某个值）查找某个值是否出现
举例：
vector<int>::iterator iter;
iter=find(v.begin(),v.end(),100);
if (iter==v.end())
cout<<"No found!"<<endl;
else
cout<<*iter<<endl;
count_if和find_if算法：这两个算法的使用需要借助函数对象完成。
4、vector应用
练习1：vector综合练习
//文件名:CHAPTER6-24.cpp
#include <vector>
#include <algorithm>
#include <iostream>
using namespace std;
void pause() //程序暂停
{ char c;
cout << "\n\nPress return to continue: ";
cin.get(c);
cout << "\n\n";
}
int main()
{
vector<int> v(10,0); //定义一个vector变量，大小为10，值都为0
ostream_iterator<int> out(cout, " "); //定义一个输出迭代器
copy(v.begin(), v.end(), out);// 通过算法函数copy输出v中全部的数据
pause(); //程序输出为：0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
vector<int>::iterator i = v.begin(); //定义头迭代器
i += 4; //指向第5个元素
*i++ = 7; // or v[4] = 7; //使第5个元素值为7，同时迭代器指向下一个元素
*i = 9; // or v[5] = 9; //赋值第6个元素大小为9
copy(v.begin(), v.end(), out); // 把通过迭代器赋值后的所有元素打印出来
pause();//程序输出为： 0 0 0 0 7 9 0 0 0 0
vector<int>::iterator where = find(v.begin(), v.end(), 9);//在v中查找值为9的元素，并返回相应的迭代器
copy(where, v.end(), out);// 把查找到的元素及其该元素后的数据全部显示出来。
pause();//程序输出为：9 0 0 0 0
where = v.insert(where, 8); //在迭代器指示的元素前插入一个元素，其值为8
copy(v.begin(), v.end(), out); //检验insert函数的效果
pause();//程序输出为：0 0 0 0 7 8 9 0 0 0 0
where += 3; //迭代器指示当前元素后的第三个元素为当前元素
where = v.insert(where, 4); //在当前元素前插入一个元素，值为4
copy(v.begin(), v.end(), out);
pause();//程序输出为：0 0 0 0 7 8 9 0 4 0 0 0
where -= 6;//迭代器前移6个元素
where = v.insert(where, 11); //插入元素11到vector中
copy(v.begin(), v.end(), out);
pause();//程序输出为：0 0 11 0 0 7 8 9 0 4 0 0 0
v.erase(where+2); // 删除迭代器后的第2个元素
copy(v.begin(), v.end(), out);
pause();//程序输出为：0 0 11 0 7 8 9 0 4 0 0 0
sort(v.begin(), v.end()); //对vector进行由大到小排序
copy(v.begin(), v.end(), out);
pause();//程序输出为：0 0 0 0 0 0 0 4 7 8 9 11
if (binary_search(v.begin(), v.end(), 8)) // vector的查找
cout << "Yes, 8 occurs in vector v.";
else
cout << "No, didn't find 8 in vector v.";
pause();//程序输出为：Yes, 8 occurs in vector v.
if (binary_search(v.begin(), v.end(), 12)) // vector的查找
cout << "Yes, 12 occurs in vector v.";
else
cout << "No, didn't find 12 in vector v.";
pause();//程序输出为：No, didn't find 12 in vector v.
where = lower_bound(v.begin(), v.end(), 8); //查找第一次出现8的位置
copy(where, v.end(), out);
pause();//程序输出为：8 9 11
where = lower_bound(v.begin(), v.end(), 0); //查找第一次出现0的位置
copy(where, v.end(), out);
pause();//程序输出为：0 0 0 0 0 0 0 4 7 8 9 11
where = upper_bound(v.begin(), v.end(), 0); //查找第一次不出现0时的位置
copy(where, v.end(), out);
pause();//程序输出为：4 7 8 9 11
vector<int> w(v);
if (v == w) //两个vector直接比较
cout << "v and w have the same contents";
else
cout << "v and w have different contents";
pause();//程序输出为：v and w have the same contents
w[5] = 17;
if (v == w)
cout << "v and w have the same contents";
else
cout << "v and w have different contents";
pause();//程序输出为：v and w have different contents
v[5] = 17;
if (v == w)
cout << "v and w have the same contents";
else
cout << "v and w have different contents";
pause();//程序输出为：v and w have the same contents
return 0;
}
练习2 读入一段文本到vector对象，每个单词存储为vector中的一个元素。把vector对象中每个单词转化为大写字母。输出vector对象中转化后的元素，每8个单词为一行输出。
三、deque技术
1、deque概述
deque（double-ended queue）是一种动态的数组形式，可以向两端发展。
deque特点：也是随机访问的数据类型；提供了在序列两端快速的插入和删除操作的功能；可以在需要时修改其自身大小。
deque头文件：deque是在标准头文件<deque>或在非标准向后兼容头文件deque.h中定义。
2、deque的成员函数
（1）构造函数：
deque<T> name1;
deque<T> name2 (name1);
deque<T> name3(size);
deque<T> name4(size,value);
说明：
第一种创建了一个可容纳类型为T的空deque对象name1；
第二种用拷贝构造函数从现有的name1创建了新的deque对象name2；
第三种创建了一个初始大小为size的deque对象name3；
第四种创建了一个初始大小为size，每个元素初始化值为value的deque对象name4；
（2）操作
d.empty(); // 如果 d 为空，则返回 true，否则返回 false。
d.size(); // 返回 d 中元素的个数。
d.push_back(t); // 在 d 的末尾增加一个值为 t 的元素。
d.push_front(t); // 在 d 的头部增加一个值为 t 的元素。
d.pop_back(); // 删除d的末尾元素
d.pop_front(); // 删除d的第一个元素
d.insert(iterator , t); //在d的iterator处插入t。
d.insert(iterator, iter_F,iter_L);
//在d的iterator处插入iter_F到iter_L之间的元素。
d.erase(iter); //删除iter指示器指示的元素
d.erase(iter_F,iter_L);//删除指示器iter_F和iter_L之间的所有元素
d.resize(10); //改变d的大小为10；
d[n] // 返回 d 中位置为 n 的元素。
d1=d2 // 把 d1 的元素替换为 d2 中元素的副本。
d1==d2 // 如果 d1 与 d2 相等，则返回 true。
// !=, <, <=, >, 和>=保持这些操作符惯有的含义。
d.swap(d1); //d和d1容器中的内容互换。
3、高级操作
（1）迭代器
deque<T>iterator
举例：
for (deque<int>::iterator iter=d.begin();iter<d.end();iter++)
cout<<*iter<<endl;
（2）算法
for_each（）算法、sort（）算法、count（）算法、find（）算法同样适用于deque容器；
3、deque应用
练习：deque综合练习
#include <iostream>
#include <deque>
#include <string>
#include <algorithm>
using namespace std;
int main()
{
//create empty deque of strings
deque<string> coll;
//insert several elements
coll.assign (3, string("string"));
coll.push_back ("last string");
coll.push_front ("first string");
//print elements separated by newlines
copy (coll.begin(), coll.end(), ostream_iterator<string>(cout,"\n"));
cout << endl;
//remove first and last element
coll.pop_front();
coll.pop_back();
//insert ''another'' into every element but the first
for (int i=1; i<coll.size(); ++i) {
coll[i] = "another " + coll [i];
}
//change size to four elements
coll.resize (5, "resized string");
//print elements separated by newlines
copy (coll.begin(), coll.end(),ostream_iterator<string>(cout,"\n"));
}
四、list技术
1、list概述
list是一个双向链表容器，不支持随机访问。
list特点：不支持随机访问，访问链表元素要从链表的某个端点开始，插入和删除操作所花费的时间是固定的，即与元素在链表中的位置无关；优势是在任何位置执行插入或删除动作都非常迅速；可以在需要时修改其自身大小。
list头文件：list是在标准头文件<list>或在非标准向后兼容头文件list.h中定义。
2、list的成员函数
（1）构造函数：
list<T> name1;
list <T> name2 (name1);
list <T> name3(size);
list <T> name4(size,value);
说明：
第一种创建了一个可容纳类型为T的空list对象name1；
第二种用拷贝构造函数从现有的name1创建了新的list对象name2；
第三种创建了一个初始大小为size的list对象name3；
第四种创建了一个初始大小为size，每个元素初始化值为value的list对象name4；
（2）操作
d.empty(); // 如果 d 为空，则返回 true，否则返回 false。
d.size(); // 返回 d 中元素的个数。
d.push_back(t); // 在 d 的末尾增加一个值为 t 的元素。
d.push_front(t); // 在 d 的头部增加一个值为 t 的元素。
d.pop_back(); // 删除d的末尾元素
d.pop_front(); // 删除d的第一个元素
d.front(); //返回d的第一个元素的引用
d.back(); //返回d的最后一个元素的引用
d.insert(iterator , t); //在d的iterator处插入t。
d.insert(iterator, iter_F,iter_L);
//在d的iterator处插入iter_F到iter_L之间的元素。
d.erase(iter);//删除iter指示器指示的元素
d.erase(iter_F,iter_L);//删除指示器iter_F和iter_L之间的所有元素
d.swap(d1); //d和d1容器中的内容互换。
d.sort(); //list类的排序使用成员函数完成。而不是用通用算法函数。
d.resize(10); //改变d的大小为10；
d.merge(d1); //合并d1和d，以升序排列存储到d中
d.splice(iterator, T);//把另一个list对象T插入到iterator位置
d.splice(iterator,T,iter);//把另一个list对象T的iter位置的元素插入到d的iterator位置。
迭代器
begin（）和end（）返回头尾的迭代器；
rbegin（）和rend（）返回尾头的反向迭代器：rbegin（）返回最后一个元素的迭代器，rbegin++返回倒数第二个元素。（注意：迭代器只能使用==和！=比较，不能使用>或<比较）。
3、list应用
#include <iostream>
#include <list>
#include <algorithm>
#if _MSC_VER > 1020 // if VC++ version is > 4.2
using namespace std; // std c++ libs implemented in std
#endif
void printLists(const list<int>& l1, const list<int>& l2)
{
cout << "list1: ";
copy (l1.begin(), l1.end(), ostream_iterator<int>(cout," "));
cout << endl << "list2: ";
copy (l2.begin(), l2.end(), ostream_iterator<int>(cout," "));
cout << endl << endl;
};
int main()
{
//create two empty lists
list<int> list1, list2;
//fill both lists with elements
for (int i=0; i<6; ++i)
{
list1.push_back(i);
list2.push_front(i);
}
printLists(list1, list2);
//insert all elements of list1 before the first element with value 3 of list2
//-find() returns an iterator to the first element with value 3
list2.splice(find(list2.begin(),list2.end(), // destination position
3), list1); // source list
printLists(list1, list2);//move first element to the end
list2.splice(list2.end(), // destination position
list2, // source list
list2.begin()); // source position
printLists(list1, list2);
//sort second list, assign to list1 and remove duplicates
list2.sort();
list1 = list2;
list2.unique();
printLists(list1, list2);
//merge both sorted lists into the first list
list1.merge(list2);
printLists(list1, list2);
return 0;
}
五、set技术
1、set概述
set是一种关联式容器，关联式容器依据特定的排序准则，自动为其元素排序。set中每个元素只能出现一次。即数学中的集合。
set头文件：set是在标准头文件<set>或在非标准向后兼容头文件set.h中定义。
2、set的成员函数
（1）构造函数：
set<T> s1;
set<T> s2(s1);
（2）操作
s.empty(); // 如果 s 为空，则返回 true，否则返回 false。
s.size(); // 返回 s 中元素的个数。
s.insert( t); //在s中插入t。
s.insert(iter_F,iter_L); //在s中插入iter_F到iter_L之间的元素。
s.erase(iter); //删除iter指示器指示的元素
s.erase(iter_F,iter_L);//删除指示器iter_F和iter_L之间的所有元素
s.erase(key); //删除s中的key元素。
s.lower_bound(key);//返回key前面的元素的迭代器
s.upper_bound(key);//返回key后面的元素的迭代器
s.find(key); //在s中查找键值key，找到返回iterator，否则返回end（）。
s.resize(10); //改变s的大小为10；
3、set应用
编写程序通过删除单词尾部的’s’生成该单词的非复数版本。同时建立一个单词排除集，用于识别以’s’结尾、但这个结尾的’s’又不能删除的单词。例如，放在该排除集中的单词可能有success和class。使用这个排除集编写程序，删除输入单词的复数后缀，而如果输入的是排除集的单词，则保持该单词不变。
#pragma warning(disable: 4786)
#include <set>
#include <iostream>
int main()
{
std::set<int> c1 ;
int ai[] = {0, 1, 2, 3} ;
//construct from a range
std::set<int> c2(ai, ai + 4) ;
//copy constructor
std::set<int> c3(c2) ;
std::set<int>::iterator Iter ;
std::set<int>::reverse_iterator RevIter ;
//判断c1是否为空
if(c1.empty())
{ std::cout << "set c1 is empty" << std::endl ; }
else
{ std::cout << "set c1 is not empty" << std::endl ; }
//使用begin, end显示c2所有元素
std::cout << "c2 (using begin, end) = " ;
for(Iter = c2.begin(); Iter != c2.end(); Iter++)
{ std::cout << *Iter << " " ; }
std::cout << std::endl ;
//使用rbegin,rend显示c2所有元素
std::cout << "c2 (using rbegin, rend) = " ;
for(RevIter = c2.rbegin(); RevIter != c2.rend(); RevIter++)
{ std::cout << *RevIter << " " ; }
std::cout << std::endl ;
//使用find进行元素的查找
std::set<int>::const_iterator constIter = c1.find(3) ;
if(constIter != c1.end())
{ std::cout << "c1 contains element 3, *constIter = "
<< *constIter << std::endl ;
}
//使用size返回c1的最大元素大小
std::cout << "c1.size() = " << c1.size() << std::endl ;
//使用swap把c1和c2进行元素交换
c1.insert(4) ;
c2.swap(c1) ;
std::cout << "The last element of c2 = " << *(c2.rbegin())
<< std::endl ;
//使用clear进行c1元素的清除
c1.clear() ;
std::cout << "After calling c1.clear(), c1.size() = "
<< c1.size() << std::endl ;
//使用upper_bound返回c2当前值的最近增值迭代器
std::cout << "* (c2.upper_bound(3)) = "
<< *(c2.upper_bound(3)) << std::endl ;
//使用lower_bound返回c2当前值的最近降值迭代器
std::cout << "* (c2.lower_bound(3)) = "
<< *(c2.lower_bound(3)) << std::endl ;
//使用erase进行元素的删除操作
if(c3.erase(1) != 0)
{ std::cout << "c3 does not contain 1 any more" << std::endl ; }
else
{ std::cout << "No elements in c3 match key 1" << std::endl ; }
if((c2.erase(c2.begin())) != c2.end())
{ std::cout << "c2 does not contain 0 any more" << std::endl ; }
else
{ std::cout << "No elements in c2 match key 0" << std::endl ; }
c3.erase(c3.begin(), c3.end()) ;
std::cout << "after c3.erase(c3.begin(), c3.end()), c3.size() = "
<< c3.size() << std::endl ;
return 0 ;
}
六、map技术
1、map概述
map是一种关联式容器，set中每个元素都是由“键值/实值”所形成的一对组合，每个键值只能出现一次，不能重复。
map头文件：map是在标准头文件<map>或在非标准向后兼容头文件map.h中定义。
2、map的成员函数
（1）构造函数：
map<k, v> m2;
// 创建一个名为m2的空map对象，其键和值的类型分别为k和v
map<k, v> m(m2);
// 创建m2的副本m，m与m2必须有相同的键类型和值类型
map<k, v> m(iter_F, iter_L);
// 创建map类型的对象m，存储迭代器iter_F和 iter_L标记的范围内所有元素的副本。元素的类型必须能转换为pair<const k, v>
对于键类型，唯一的约束就是必须支持 < 操作符，至于是否支持其他的关系或相等运算，则不作要求。
（2）操作：
m.empty()、m.size()、m.begin()、m.end()、m.rbegin()、m.rend()、m.swap(m1)、m.lower_bound(key)、m.upper_bound(key)、、
m.insert(pair<k,v>(key,value))、
m.insert(iterator, pair<k,v>(key,value))、
m.erase(iterator)、m.erase(key)、m.erase(iter_F,iter_L)、
m[key] //如果下标所表示的键在容器中不存在，则添加新元素
3、map应用
（1）编写程序统计并输出所读入的单词出现次数。
（2）输入两个多项式，计算两个多项式的加法运算结果。
