C++之STL简介

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文章目录

• 前言
• 一、STL是什么
• 二、STL的发展历史
• 三、STL的组成部分
• • [3.1 容器（Containers）](#3.1 容器（Containers）)
  • [3.2 迭代器（Iterators）](#3.2 迭代器（Iterators）)
  • [3.3 算法（Algorithms）](#3.3 算法（Algorithms）)
  • [3.4 仿函数（Functors）和函数对象（Function Objects）](#3.4 仿函数（Functors）和函数对象（Function Objects）)
  • [3.5 适配器（Adapters）](#3.5 适配器（Adapters）)
• 总结

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前言

本文主要介绍一下C++中STL的相关概念

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一、STL是什么

STL 的全称是 Standard Template Library（标准模板库），它是 C++ 标准库中的一部分，提供了许多通用的模板类和函数，用于实现常用的数据结构和算法。STL 是 C++ 中广泛使用的一个库，被认为是 C++ 的核心之一。

二、STL的发展历史

C++标准模板库（STL）的发展历史可以追溯到20世纪70年代，经过几代学者和工程师的努力，逐步演变成今天的模样。以下是STL发展的主要历程：

1. 早期背景 1970年代 - 1980年代

泛型编程的萌芽：泛型编程的思想可以追溯到1970年代末和1980年代初期。当时的计算机科学家们开始研究如何编写能够处理多种数据类型的通用算法和数据结构。

Ada语言的影响：Ada语言在1983年推出，它是早期尝试泛型编程的语言之一，对C++和STL的发展有一定影响。

2. STL的形成 1990年代初期

Alexander Stepanov的研究：Alexander Stepanov是泛型编程的先驱之一，他在通用算法和数据结构方面做了大量研究。1987年，他在AT&T贝尔实验室开始研究如何将这些概念应用于C++。

与Meng Lee的合作：1992年，Stepanov和Meng Lee在惠普公司（HP Labs）合作，致力于将泛型编程的思想转化为一个实际的库，这就是STL的雏形。

3. 标准化和推广 1993年 - 1994年

STL的首次发布：1994年，Stepanov和Lee正式发布了STL，这一版本迅速引起了C++社区的关注。

纳入标准：同年，STL被提议作为C++标准库的一部分。STL的设计和实现得到了C++标准委员会的认可，并决定将其纳入C++标准。

1998年

C++98标准：STL作为C++98标准的一部分正式发布，成为C++标准库的重要组成部分。这一版本奠定了STL在C++编程中的基础地位。

4. 持续改进和扩展 2000年代

Boost库的影响：Boost库是一个开源的C++库集合，其中包含了许多对STL的扩展和改进，例如智能指针、正则表达式等。这些库为C++标准库的进一步发展提供了很多灵感和实现。

C++11标准：2011年，C++11标准发布，包含了对STL的大量改进和扩展，如新的容器（unordered_map, unordered_set）、新的算法（move, forward）、智能指针（shared_ptr, unique_ptr）和并行算法等。

2017年 - 2020年

C++17标准：2017年，C++17标准发布，进一步增强了STL的功能，引入了文件系统库（）、并行STL算法、std::optional、std::variant等新特性。

C++20标准：2020年，C++20标准发布，包含了协程（coroutines）、范围（ranges）库、概念（concepts）等，进一步扩展和增强了STL。

三、STL的组成部分

STL（标准模板库）是C++的一个重要组件，它是由一组通用的模板类和函数组成的，并且提供了一些常用的数据结构和算法，如动态数组（vector）、双端队列（deque）、链表（list）、集合（set）、映射（map）、排序、查找等。STL的设计思想是将数据结构和算法进行分离，使得它们可以独立使用和扩展，提高了代码的复用性和可读性。STL主要包括以下几个组件：

3.1 容器（Containers）

STL提供了多种容器，如动态数组（vector）、双端队列（deque）、列表（list）、集合（set）、映射（map）等。这些容器提供了不同的存储和访问数据的机制。

1. vector：可以动态调整大小的数组，支持快速的随机访问和迭代器访问，并且支持在尾部添加或删除元素。

2. deque：双端队列，支持快速的随机访问和迭代器访问，并且支持在头部和尾部添加或删除元素。

3. list：双向链表，只支持迭代器访问，并且支持在任意位置添加或删除元素。

4. set：有序集合，其中每个元素都是唯一的，支持快速的查找和插入操作。

5. map：有序映射，其中每个元素都有一个唯一的键值对，支持快速的查找和插入操作。

6. unordered_set：无序集合，其中每个元素都是唯一的，支持快速的查找和插入操作，但元素的顺序是未定义的。

7. unordered_map：无序映射，其中每个元素都有一个唯一的键值对，支持快速的查找和插入操作，但元素的顺序是未定义的。

3.2 迭代器（Iterators）

迭代器是STL中的一个核心概念，它提供了一种访问容器中元素的方法。迭代器类似于指针，但比指针更安全、更灵活。STL中的算法通常通过迭代器来访问和操作容器中的元素。

3.3 算法（Algorithms）

STL提供了大量的算法，用于对容器中的元素进行各种操作，如排序、搜索、计数、拷贝等。这些算法与容器无关，因此可以在不同的容器上使用相同的算法。

3.4 仿函数（Functors）和函数对象（Function Objects）

仿函数和函数对象是C++中一种特殊的类，它们重载了函数调用操作符()，因此可以像函数一样被调用。在STL中，仿函数和函数对象经常用于算法中，以提供自定义的比较、哈希等操作。

3.5 适配器（Adapters）

适配器是一种设计模式，用于将一个类的接口转换为客户端所期望的另一种接口。在STL中，适配器通常用于修改容器的行为或提供额外的功能。

总结

STL的设计理念是泛型编程，通过模板机制，使得相同的算法和数据结构可以应用于不同的数据类型，提供了极大的灵活性和重用性。STL是C++标准库的重要组成部分，极大地提高了C++编程的效率和代码的可维护性。