标准模板库（Standard Template Library，简称STL） 是C++标准库的核心组成部分，提供了一组通用的模板类和函数，用于处理常见的数据结构和算法。STL的设计目标是提供高效、灵活且可重用的组件，使得程序员能够专注于应用逻辑，而无需从头实现基本的数据结构和算法。以下是对C++ STL的详细介绍，包括其主要组件、常用容器、迭代器、算法以及使用示例。
一.STL的主要组件
STL主要由以下四个组件组成：
a. 容器（Containers）
容器是用于存储和管理数据的模板类。STL提供了多种类型的容器，每种容器都有其特定的使用场景和性能特性。
顺序容器（Sequence Containers）：按线性顺序存储元素。
std::vector：动态数组，支持快速随机访问。
std::deque：双端队列，支持快速在两端插入和删除。
std::list：双向链表，支持快速在任意位置插入和删除。
std::forward_list：单向链表，内存占用较低。
关联容器（Associative Containers）：基于键值对存储元素，自动排序。
std::set：存储唯一的键，自动排序。
std::map：存储键值对，键唯一，自动排序。
std::multiset：存储可重复的键，自动排序。
std::multimap：存储可重复的键值对，自动排序。
无序关联容器（Unordered Associative Containers）：基于哈希表存储元素，不保证顺序。
std::unordered_set：存储唯一的键。
std::unordered_map：存储键值对，键唯一。
std::unordered_multiset：存储可重复的键。
std::unordered_multimap：存储可重复的键值对。
容器适配器（Container Adapters）：提供特定接口的容器。
std::stack：后进先出（LIFO）栈。
std::queue：先进先出（FIFO）队列。
std::priority_queue：优先队列，根据优先级排序。
b. 迭代器（Iterators）
迭代器是用于遍历容器中元素的抽象概念，类似于指针。STL中的算法通常通过迭代器来操作容器中的元素。
分类：
输入迭代器（Input Iterator）：只读，单向。
输出迭代器（Output Iterator）：只写，单向。
前向迭代器（Forward Iterator）：可读写，单向。
双向迭代器（Bidirectional Iterator）：可读写，双向。
随机访问迭代器（Random Access Iterator）：可读写，支持随机访问。
c. 算法（Algorithms）
STL提供了大量通用的算法，这些算法可以应用于不同的容器。常见的算法包括：
排序和搜索：
std::sort：对元素进行排序。
std::binary_search：在已排序的范围内进行二分搜索。
std::find：查找元素。
std::find_if：根据条件查找元素。
遍历和修改：
std::for_each：对范围内的每个元素执行指定操作。
std::transform：对范围内的每个元素应用函数，并存储结果。
std::copy：复制元素。
std::replace：替换元素。
集合操作：
std::set_union：计算两个集合的并集。
std::set_intersection：计算两个集合的交集。
std::set_difference：计算两个集合的差集。
d. 函数对象（Functors）
函数对象是可以像函数一样调用的对象，通常通过重载()运算符实现。STL中的许多算法允许传入函数对象，以实现自定义的行为。
二.常用容器
a. std::vector
特点：动态数组，支持快速随机访问，内存连续。
使用场景：需要快速访问元素，且元素数量变化频繁。
#include <vector>
#include <iostream>int main() {std::vector<int> vec = {1, 2, 3, 4, 5};vec.push_back(6); // 添加元素for(auto& elem : vec) {std::cout << elem << " ";}std::cout << std::endl; // 输出: 1 2 3 4 5 6return 0;
}
b. std::list
特点：双向链表，支持快速在任意位置插入和删除，不支持随机访问。
使用场景：需要频繁插入和删除元素，且不关心元素的顺序。
示例：
#include <list>
#include <iostream>int main() {std::list<std::string> lst = {"apple", "banana", "cherry"};lst.push_front("date"); // 在前端添加元素lst.push_back("elderberry"); // 在后端添加元素for(auto& elem : lst) {std::cout << elem << " ";}std::cout << std::endl; // 输出: date apple banana cherry elderberryreturn 0;
}
c. std::map
特点：关联容器，存储键值对，键唯一，自动排序。
使用场景：需要根据键快速查找值。
示例：
#include <map>
#include <string>
#include <iostream>int main() {std::map<std::string, int> ageMap;ageMap["Alice"] = 30;ageMap["Bob"] = 25;ageMap["Charlie"] = 28;std::cout << "Alice is " << ageMap["Alice"] << " years old." << std::endl; // 输出: Alice is 30 years old.return 0;
}
三.迭代器
迭代器是STL中用于遍历容器中元素的工具。不同的容器提供不同类型的迭代器。
#include <vector>
#include <iostream>int main() {std::vector<int> vec = {10, 20, 30, 40, 50};for(auto it = vec.begin(); it != vec.end(); ++it) {std::cout << *it << " ";}std::cout << std::endl; // 输出: 10 20 30 40 50return 0;
}
四.算法
STL提供了许多通用的算法，可以应用于不同的容器。
#include <vector>
#include <algorithm>
#include <iostream>int main() {std::vector<int> vec = {5, 3, 1, 4, 2};std::sort(vec.begin(), vec.end()); // 排序for(auto& elem : vec) {std::cout << elem << " "; // 输出: 1 2 3 4 5}std::cout << std::endl;return 0;
}
五.函数对象
函数对象可以通过重载()运算符实现自定义的行为，常用于STL算法中。
#include <vector>
#include <algorithm>
#include <iostream>int main() {std::vector<int> vec = {1, 2, 3, 4, 5};// 使用函数对象进行平方操作std::transform(vec.begin(), vec.end(), vec.begin(), [](int x) { return x * x; });for(auto& elem : vec) {std::cout << elem << " "; // 输出: 1 4 9 16 25}std::cout << std::endl;return 0;
}
