C++的Odyssey之旅——STL

🍔前言：我们已经将基本语法了解的差不多了，现在我们就该进入C++中最重要也是最富有特点的一部分------STL。在学习C语言中我们想要使用顺序表、链表等一些数据结构进行做题时都需要进行这些结构的创建，当我们学习后STL就再也不用考虑这些问题了，下面让我们一起走入STL的世界。

什么是STL

什么是STL

STL（Standard Template Library）是C++的一个重要组成部分，它提供了一组通用的模板类和函数，用于实现常见的数据结构和算法。STL的设计目标是提供一种通用、高效、可复用的方法来处理数据结构和算法，使C++程序员能够更容易地编写高质量的代码。

STL的版本

原始版本

Alexander Stepanov、Meng Lee 在惠普实验室完成的原始版本，本着开源精神，他们声明允许任何人任意运用、拷贝、修改、传播、商业使用这些代码，无需付费。唯一的条件就是也需要向原始版本一样做开源使用。 HP 版本--所有STL实现版本的始祖。
P. J. 版本

由P. J. Plauger开发，继承自HP版本，被Windows Visual C++采用，不能公开或修改，缺陷：可读性比较低，符号命名比较怪异。
RW版本

由Rouge Wage公司开发，继承自HP版本，被C+ + Builder 采用，不能公开或修改，可读性一般。
SGI版本

由Silicon Graphics Computer Systems，Inc公司开发，继承自HP版本。被GCC(Linux)采用，可移植性好，可公开、修改甚至贩卖，从命名风格和编程风格上看，阅读性非常高。我们后面学习STL要阅读部分源代码，主要参考的就是这个版本。

STL的六大组件

C++的STL（Standard Template Library）包括六大组件，每个组件都有其特定的用途。这些组件在C++编程中提供了强大的工具，以便更轻松地操作数据结构和执行算法。以下是STL的六大组件及其用途：

容器（Containers）：

用途：容器是用于存储和管理数据的对象。STL提供了多种容器，包括向量（vector）、链表（list）、队列（queue）、栈（stack）、集合（set）、映射（map）等。每种容器都有其独特的特性，可以选择最适合特定任务的容器。
迭代器（Iterators）：

用途：迭代器是用于遍历容器中的元素的抽象概念。它们提供了一种通用的方式来访问容器中的元素，无论容器的类型如何。迭代器使算法能够在不同容器上工作，而不需要知道容器的具体实现细节。
算法（Algorithms）：

用途：STL提供了大量的通用算法，如排序、查找、遍历、变换等。这些算法可以应用于各种容器，使你能够在数据上执行各种操作，而无需重新实现算法。这提高了代码的重用性和可维护性。
函数对象（Function Objects）：

用途：函数对象是可调用的对象，类似于函数指针。它们通常用于在算法中执行特定的操作。STL提供了一些内置的函数对象，同时你也可以定义自己的函数对象，以满足特定的需求。
适配器（Adapters）：

用途：适配器是用于调整容器或迭代器的接口以满足特定需求的工具。STL提供了适配器，如栈适配器（stack）、队列适配器（queue）、优先队列适配器（priority_queue）等，以及迭代器适配器，如反向迭代器（reverse_iterator）、插入迭代器（insert_iterator）等。
分配器（Allocators）：

用途：分配器用于管理内存分配和释放，以便更灵活地控制容器的内部内存管理。分配器允许你自定义内存分配策略，以适应不同的应用需求。

这些六大组件一起构成了STL，为C++程序员提供了一种强大的工具集，以处理各种数据结构和执行各种算法。使用STL可以大大提高代码的可维护性、可读性和重用性，同时提供高性能的实现。根据具体的编程需求，你可以选择适当的容器、算法和其他STL组件来解决问题。

STL的重要性

STL（Standard Template Library）在C++编程中具有重要的作用，无论是在学术、工业界还是个人项目中，其重要性体现在多个方面：

提高开发效率：STL提供了各种通用的数据结构（如向量、链表、集合、映射等）和算法（排序、搜索、遍历等）。通过这些现成的组件，开发人员无需从头实现这些基本结构和操作，从而节省了大量的时间和精力。

代码重用：STL的组件都是经过广泛测试和优化的。通过重复使用这些经过验证的组件，开发者可以确保其代码质量和稳定性。

提高代码可维护性：STL组件经过优化和标准化设计，使得代码更易于阅读和维护。使用标准的接口和数据结构使代码更易于理解，并且降低了出错的可能性。

性能优势：STL经过优化和精心设计，提供了高效的数据结构和算法实现。这些实现经过了广泛的测试和调优，因此在大多数情况下能提供高性能的操作。

学术和教育用途：在教学中，STL作为C++的重要组成部分，为学生提供了一种标准化的方式来学习数据结构和算法。这种标准化使得学生能够更轻松地理解和应用这些概念。

可移植性：STL提供了一种标准化的方法来处理数据结构和算法，使得开发的代码更具可移植性。在不同的平台和编译器上，STL的行为保持一致，从而使代码更易于在不同环境中移植和使用。

结合现代编程范式：STL与现代的C++编程范式相结合，如泛型编程、模板元编程等，使得在不同层次上处理问题更为方便和高效。

STL在我们的生活中包括在笔试、面试和工作中，也有着举足轻重的作用：

笔试

在编程竞赛中，STL提供了许多现成的数据结构和算法，能够加速解决问题的速度。对STL的熟练掌握可以让你更快地编写正确的代码，因此在竞赛中具有明显的优势。

许多竞赛平台支持C++语言，并提供了STL的标准库，因此熟练使用STL可以帮助你更轻松地完成竞赛任务。

面试

在技术面试中，STL通常是C++面试中的一个关键主题。面试官可能会要求你解释STL容器和算法的使用，要求你编写特定问题的STL解决方案，或要求你评估STL容器和算法的性能。

熟练掌握STL可以让你在面试中更自信地回答问题，显示你对C++语言和基本数据结构的了解。

工作中

在实际工作中，STL在C++开发中经常用于构建高性能的应用程序。它提供了各种数据结构，如向量、列表、映射等，以及众多算法，如排序、搜索、迭代等，可以在开发中广泛使用。

使用STL可以提高开发效率，减少开发时间，因为你可以重用现成的、经过优化的数据结构和算法。这可以节省时间和开发成本。

STL还有助于编写更稳健的代码，因为它经过了广泛的测试和优化，减少了潜在的错误。

总之，STL在笔试、面试和工作中都具有重要性，因为它是C++编程的核心组成部分，对于解决问题、提高效率和构建稳健的应用程序都非常有帮助。熟练掌握STL是C++开发者的一个重要技能，无论是应对竞赛任务、通过技术面试还是在实际工作中取得成功。

如何学习STL

学习STL是C++编程的重要一部分，它提供了一系列通用数据结构和算法，可以用于解决各种问题。以下是一些学习STL的步骤和建议：

1.掌握C++基础：

在学习STL之前，确保你已经熟练掌握了C++的基础知识，包括面向对象编程、数据类型、循环、条件语句等。STL是C++的一部分，因此对C++的理解至关重要。
2.阅读STL文档：

在C++官方文档或其他可靠的资源中查看STL的文档。了解STL的组成部分，包括容器（containers）如向量、列表、映射等，以及算法（algorithms）如排序、搜索、迭代等。
3.书籍和在线教程：

寻找C++ STL的相关书籍和在线教程，这些资源通常会深入讲解STL的使用和内部工作原理。一些经典书籍包括《STL源码剖析》（Inside the C++ Object Model）、《Effective STL》等。
4.编写示例代码：

最好的学习方法之一是编写示例代码。创建小型项目或编写小程序来练习使用不同的STL容器和算法。这将帮助你理解它们的用途和如何操作。
5.深入研究容器和算法：

逐一学习STL容器，了解它们的特性、适用场景和使用方法。同样，学习STL算法，包括排序、搜索、转换等。了解每个容器和算法的时间复杂度和性能特点也很重要。
6.解决问题：

尝试解决各种问题和挑战，使用STL来实现解决方案。这有助于你将STL的知识应用到实际问题中。
7.学习STL源代码：

如果你有足够的兴趣和时间，可以尝试研究STL的源代码。这将帮助你更深入地理解STL的实现方式，但可能需要一定的C++和数据结构知识。
8.参与在线社区和讨论：

加入C++编程社区，如Stack Overflow、GitHub等，与其他开发者交流和讨论STL相关的问题。这样可以学到更多实际经验和最佳实践。
9.练习和项目：

最重要的是实践。尝试在实际项目中使用STL来解决问题，或者自己构建小型项目，以加强你的技能。
10.持之以恒：

学习STL可能需要一些时间，因此要保持耐心和坚持。不断练习和挑战自己，逐渐提高你的STL技能。

总结一下：学习STL的三个境界：能用，明理，能扩展。

STL的缺陷与不足

STL库的更新太慢了。这个得严重吐槽，上一版靠谱是C++98，中间的C++03基本一些修订。C++11出

来已经相隔了13年，STL才进一步更新。

STL现在都没有支持线程安全。并发环境下需要我们自己加锁。且锁的粒度是比较大的。

STL极度的追求效率，导致内部比较复杂。比如类型萃取，迭代器萃取。

STL的使用会有代码膨胀的问题，比如使用vector/vector/vector这样会生成多份代码，当然这是模板语法本身导致的。

5.可读性太差使用STL时，特别是在处理复杂的模板和元编程时，代码可能变得难以阅读和理解。模板代码通常比传统的代码更难以推断和理解。

6.不支持某些数据结构：STL并不支持某些特定的数据结构，例如树状结构（例如红黑树）。虽然STL提供了一些通用的容器，但有时你可能需要自行实现特定类型的数据结构。

尽管存在这些缺陷和不足，STL仍然是一个强大和广泛使用的工具。它为C++开发者提供了许多方便、可重用的数据结构和算法，极大地简化了程序的开发过程。针对特定的需求，有时开发者可能需要结合STL的优点，自行编写或使用其他专门优化过的库来弥补STL的不足。