从零开始学C++之STL（一）：STL六大组件简介

从零开始学C++之STL（一）：STL六大组件简介

一、STL简介

① 泛型程序设计

　　泛型编程（generic programming）
       将程序写得尽可能通用
       将算法从数据结构中抽象出来，成为通用的
       C++的模板为泛型程序设计奠定了关键的基础

② 什么是STL

　　1、STL（Standard Template Library），即标准模板库，是一个高效的C++程序库。
　　2、包含了诸多在计算机科学领域里常用的基本数据结构和基本算法。为广大C++程序员们提供了一个可扩展的应用框架，高度体现了软件的可复用性

　　3、从逻辑层次来看，在STL中体现了泛型化程序设计的思想（generic programming）在这种思想里，大部分基本算法被抽象，被泛化，独立于与之对应的数据结构，用于以相同或相近的方式处理各种不同情形。

　　4、从实现层次看，整个STL是以一种类型参数化（type parameterized）的方式实现的基于模板(template)

二、STL组件

　　Container(容器) 各种基本数据结构
　　Adapter(适配器) 可改变containers、Iterators或Function object接口的一种组件
　　Algorithm(算法) 各种基本算法如sort、search…等
　　Iterator(迭代器) 连接containers和algorithms
　　Function object(函数对象) 
　　Allocator(分配器)

　　① 容器

　　容器类是容纳、包含一组元素或元素集合的对象
　　七种基本容器：向量（vector）、双端队列（deque）、列表（list）、集合（set）、多重集合（multiset）、映射（map）和多重映射（multimap）

　　标准容器的成员绝大部分都具有共同的名称

　　序列式容器

　　序列式容器Sequence containers,其中每个元素均有固定位置——取决于插入时机和地点，和元素值无关。（vector、deque、list）

　　关联式容器

　　关联式容器Associative containers，元素位置取决于特定的排序准则以及元素值，和插入次序无关。（set、multiset、map、multimap）

　　1、需要频繁在序列中间位置上进行插入和/或删除操作且不需要过多地在序列内部进行长距离跳转，应该选择list

　　2、vector头部与中间插入删除效率较低，在尾部插入与删除效率高。
　　3、deque是在头部与尾部插入与删除效率较高

　　set/map/multiset/multimap 

　　set，同map一样，所有元素都会根据元素的键值自动被排序，因为set/map两者的所有各种操作，都只是转而调用RB-tree的操作行为，不过，值得注意的是，两者都不允许两个元素有相同的键值。

 　　不同的是：set的元素不像map那样可以同时拥有实值(value)和键值(key)，set元素同时拥有实值和键值，且实值就是键值，键值就是实值，而map的所有元素都是pair，同时拥有实值(value)和键值(key)，pair的第一个元素被视为键值，第二个元素被视为实值。

     　至于multiset/multimap，他们的特性及用法和set/map完全相同，唯一的差别就在于它们允许键值重复，即所有的插入操作基于RB-tree的insert_equal()而非insert_unique()。In computer science, a multimap (sometimes also multihash) is a generalization of a map or associative array abstract data type in which more than one value may be associated with and returned for a given key.

　　typedef bool _Rb_tree_Color_type;

　　const _Rb_tree_Color_type _S_rb_tree_red = false;

　　const _Rb_tree_Color_type _S_rb_tree_black = true;

　　struct _Rb_tree_node_base

　　{

 　　 　　typedef _Rb_tree_Color_type _Color_type;

  　　　　typedef _Rb_tree_node_base* _Base_ptr;

  　　　　_Color_type _M_color;

  　　　　_Base_ptr _M_parent;

 　　　　 _Base_ptr _M_left;

  　　　　_Base_ptr _M_right;

  　　static _Base_ptr _S_minimum(_Base_ptr __x)

  　　{

    　　while (__x->_M_left != 0) __x = __x->_M_left;

   　　 return __x;

  　　}

  　　static _Base_ptr _S_maximum(_Base_ptr __x)

  　　{

    　　while (__x->_M_right != 0) __x = __x->_M_right;

    　　return __x;

  　　}

　　};

template <class _Value>

struct _Rb_tree_node : public _Rb_tree_node_base

{

  　　typedef _Rb_tree_node<_Value>* _Link_type;

  　　_Value _M_value_field;

};

 　　② 迭代器

　　1、迭代器Iterators，用来在一个对象群集（collection of objects）的元素上进行遍历。这个对象群集或许是个容器，或许是容器的一部分。迭代器的主要好处是，为所有容器提供了一组很小的公共接口。迭代器以++进行累进，以*进行提领，因而它类似于指针，我们可以把它视为一种smart pointer
　　2、比如++操作可以遍历至群集内的下一个元素。至于如何做到，取决于容器内部的数据组织形式。
　　3、每种容器都提供了自己的迭代器，而这些迭代器能够了解容器内部的数据结构。

　　③ 算法

算法Algorithms，用来处理群集内的元素。它们可以出于不同的目的而搜寻、排序、修改、使用那些元素。通过迭代器的协助，我们可以只需编写一次算法，就可以将它应用于任意容器，这是因为所有的容器迭代器都提供一致的接口。

　　④ 适配器

　　1、适配器是一种接口类

　　为已有的类提供新的接口目的是简化、约束、使之安全、隐藏或者改变被修改类提供的服务集合

　　2、三种类型的适配器：　　

　　容器适配器：用来扩展7种基本容器，它们和顺序容器相结合构成栈、队列和优先队列容器

　　迭代器适配器（反向迭代器、插入迭代器、IO流迭代器）

　　函数适配器（函数对象适配器、成员函数适配器、普通函数适配器）

　　⑤ 函数对象

　　1、函数对象（function object）也称为仿函数（functor）
　　2、一个行为类似函数的对象，它可以没有参数，也可以带有若干参数。
　　3、任何重载了调用运算符operator()的类的对象都满足函数对象的特征
　　4、函数对象可以把它称之为smart function。
　　5、STL中也定义了一些标准的函数对象，如果以功能划分，可以分为算术运算、关系运算、逻辑运算三大类。为了调用这些标准函数对象，需要包含头文件<functional>。

　　⑥ 分配器负责空间配置与管理。从实现的角度来看，配置器是一个实现了动态空间配置、空间管理、空间释放的class template。

三、STL提供六大组件，彼此可以嵌套使用

　　1.容器：各种数据结构，比如vector，list，set，map，deque，用来存放数据。从实作的角度看，STL 容器是一种 class template。就体积而言，这一部份很像冰山在海面下的比率。

　　2.算法：各种算法如sort,search,copy,erase。从实作的角度看，STL 算法是一种 function template。

　　3.迭代器：扮演容器与算法的焦灼剂。剂，是所谓的「泛型指标」。共有五种类型，以及其它衍生变化。从实作的角度看，迭代器 是㆒种将 operator*, operator->, operator++, operator-- 等指标相 关操作予以多载化的 class template。所有 STL 容器都附带有自己专属的迭 代器 — 是的，只有容器设计者才知道如何巡访自己的元素。原生指标（native pointer）也是㆒种迭代器。

　　4.仿函式：行为类似函式，可做为算法的某种策略（policy）。从实作的角度看，仿函式是㆒种重载了 operator()的 class 或 class template。㆒般函式指标可视为狭义的仿函式。

　　5.配接器（adapters）：一种用来修饰容器（containers）或仿函式（functors） 或迭代器（iterators）接口的东西。例如 STL 提供的 queue 和 stack，虽然看似容器，其实只能算是一种容器配接器，因为它们的底部完全借重 deque，所有动作都由底层的 deque 供应。改变 functor 接口者，称 为 function adapter，改变 container 接口者，称为 container adapter，改变 iterator 界面者，称为 iterator adapter。

　　6.配置器（allocators）：负责空间配置与管理。从实作的角度看， 配置器是一个实现了动态空间配置、空间管理、空间释放的 class template。

 

　　STL 六大组件的交互关系：Container 透过 Allocator 取得数据储存空间，Algorithm 透过 Iterator 存取 Container 内容，Functor 可以协助 Algorithm 完成不同的策略变化，Adapter可以修饰或套接 Functor。

转自：https://blog.csdn.net/Simba888888/article/details/9410459