C++ STL（标准模板库，Standard Template Library）简介

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[C++ STL（标准模板库，Standard Template Library）简介](#C++ STL（标准模板库，Standard Template Library）简介)
迭代器
- [C++ STL 中的迭代器类型](#C++ STL 中的迭代器类型)
- - 如何获得迭代器
  - 迭代器的常见操作
[STL- 常用容器](#STL- 常用容器)
- string容器
- - [C 风格字符串与 std::string 的区别](#C 风格字符串与 std::string 的区别)
- vector容器
- deque容器
- [Stack 容器（栈）](#Stack 容器（栈）)
- [Queue 容器（队列）](#Queue 容器（队列）)
- list容器
- [Set 和 Multiset 容器](#Set 和 Multiset 容器)
- - [Set 容器](#Set 容器)
  - [Multiset 容器](#Multiset 容器)
- [map/ multimap容器](#map/ multimap容器)
- - [map 容器](#map 容器)
  - [multimap 容器](#multimap 容器)

C++ STL（标准模板库，Standard Template Library）简介

STL 包括以下三大部分：

容器（Containers）

提供存储和管理数据的结构，如动态数组、链表、哈希表等。

算法（Algorithms）

提供对容器进行操作的通用算法，如排序、查找、复制等。

迭代器（Iterators）

提供一种统一的方式来访问容器中的元素，连接容器和算法。

迭代器

C++ STL 中的迭代器类型

C++ STL 提供了不同类型的迭代器来适应不同容器的访问需求，主要包括以下几种：

输入迭代器（Input Iterator）

功能：只能用来遍历数据。
特性：只能读取数据，不能修改。
示例：istream_iterator 用于从流中读取数据。

输出迭代器（Output Iterator）

功能：只能用来向容器中写入数据。
特性：不能读取数据。
示例：ostream_iterator 用于向流中写入数据。

前向迭代器（Forward Iterator）

功能：可以遍历数据，并支持前一个和下一个元素的访问。
特性：可以用于读取和修改数据。
示例：vector<int>::iterator 是一个前向迭代器。

双向迭代器（Bidirectional Iterator）

功能：支持遍历数据，支持前一个和下一个元素的访问。
特性：可以向前和向后移动。
示例：list<int>::iterator 是一个双向迭代器。

随机访问迭代器（Random Access Iterator）

功能：支持快速访问任何位置的元素（O(1) 时间复杂度）。
特性：可以向前和向后移动，支持加法和减法操作。
示例：array<int>::iterator 和 vector<int>::iterator 是随机访问迭代器。

如何获得迭代器

迭代器通常由容器的成员函数提供，常见的获取迭代器的方法如下：

begin()：返回指向容器第一个元素的迭代器。

end()：返回指向容器最后一个元素之后位置的迭代器（即尾后迭代器）。

c 复制代码

#include <iostream>
#include <vector>
using namespace std;

int main() {
    vector<int> myVector = {1, 2, 3, 4, 5};

    // 获取容器的迭代器
    vector<int>::iterator it = myVector.begin();

    // 输出第一个元素
    cout << *it << endl;  // 输出 1

    // 移动迭代器，指向第二个元素
    ++it;
    cout << *it << endl;  // 输出 2

    return 0;
}

迭代器的常见操作

操作类别	操作	描述
访问元素	`*it`	解引用迭代器，获取当前迭代器指向的元素。
	`it->member`	通过箭头操作符访问迭代器指向元素的成员。
移动迭代器	`++it`	前进到下一个元素。
	`it++`	后进到下一个元素（后置自增）。
	`--it`	回退到前一个元素（双向和随机访问迭代器支持）。
	`it + n` 或 `it += n`	将迭代器前进 n 个位置（仅限随机访问容器）。
	`it - n` 或 `it -= n`	将迭代器后退 n 个位置（仅限随机访问容器）。
比较迭代器	`it1 == it2`	检查两个迭代器是否指向同一个位置。
	`it1 != it2`	检查两个迭代器是否不指向同一个位置。
	`it1 < it2`, `it1 > it2`	检查迭代器的位置相对大小（仅限随机访问迭代器）。
访问容器的大小	`container.size()`	获取容器中元素的个数。
	`container.empty()`	检查容器是否为空。
其他操作	`it[3]`	随机访问迭代器支持的索引操作（仅限随机访问迭代器）。
	`it + n`	前进 n 个位置的迭代器（仅限支持随机访问的容器）。

STL- 常用容器

string容器

string管理char*所分配的内存，不用担心复制越界和取值越界等，由类内部进行负责。

C 风格字符串与 std::string 的区别

特性	C 风格字符串	std::string
内存管理	手动管理，易出错	自动管理，安全可靠
功能	功能有限，需手写操作	提供丰富的方法和接口
大小动态调整	不支持，需重新分配	自动调整
操作安全性	易越界，需手动检查	提供边界检查，较安全

vector容器

std::vector 是 C++ STL（标准模板库）中最常用的顺序容器之一，它实现了动态数组功能，支持随机访问和自动调整大小。它的底层实现是一个连续的内存块 ，因此能高效地支持随机访问。

deque容器

deque 是 C++ STL 提供的一种双端队列容器，全称是 Double-ended Queue。它可以在头部和尾部高效地进行插入和删除操作，同时也支持随机访问，是一种灵活的序列容器。与 vector 的连续存储不同，deque 通常实现为分段存储，便于双端高效操作。

分段存储结构：与 vector 的连续存储不同，deque 通常实现为分段存储，便于双端高效操作。

Stack 容器（栈）

stack 是 C++ STL 提供的一种栈容器适配器，它是一种**后进先出（LIFO, Last In First Out）**的数据结构。栈只能在一端进行插入（push）和删除（pop）操作。栈通常用于需要按顺序处理数据的情况，最后被插入的数据会最先被处理。

Queue 容器（队列）

queue 是 C++ STL 提供的一种队列容器适配器，它是一种先进先出（FIFO, First In First Out）数据结构。队列的数据插入发生在队尾，数据删除发生在队头。与栈不同，队列保证了元素的插入和删除顺序。

list容器

C++ STL 提供的 list 容器是一个双向链表容器。与 vector 或 deque 等数组类型容器不同，list 容器使用链表结构来存储元素，这意味着每个元素都包含对前一个元素和后一个元素的指针。

list 提供了高效的插入和删除操作，尤其是在容器的中间部分。其主要优势在于能够高效地进行元素的插入、删除，而不会像 vector 一样涉及到大量的元素移动。

不支持随机访问 ：由于是链表结构，list 不支持通过下标访问元素，访问元素需要通过迭代器遍历链表。

总结：STL中List和vector是两个最常被使用的容器，各有优缺点

Set 和 Multiset 容器

C++ STL 中的 set 和 multiset 容器用于存储一组不重复或允许重复的元素。它们是 关联容器，即容器中的元素会根据某种顺序自动排序（通常是升序），并且支持高效的查找、插入和删除操作。

Set 容器

set 是一个集合容器，它自动排序 并且不允许元素重复。在 set 中，所有的元素都是唯一的。set 中的元素按指定的顺序排列（默认是升序 ），并且不能直接通过索引访问元素。
利用仿函数可以指定set容器的排序规则

c 复制代码

class MyCompare 
{
public:
	bool operator()(int v1, int v2) {
		return v1 > v2;
	}
};

c 复制代码

void test01() 
{    
	set<int> s1;
	s1.insert(10);
	s1.insert(40);
	s1.insert(20);
	s1.insert(30);
	s1.insert(50);

	//默认从小到大
	for (set<int>::iterator it = s1.begin(); it != s1.end(); it++) {
		cout << *it << " ";
	}
	cout << endl;

	//指定排序规则
	set<int,MyCompare> s2;
	s2.insert(10);
	s2.insert(40);
	s2.insert(20);
	s2.insert(30);
	s2.insert(50);

	for (set<int, MyCompare>::iterator it = s2.begin(); it != s2.end(); it++) {
		cout << *it << " ";
	}
	cout << endl;
}

对于自定义数据类型，set必须指定排序规则才可以插入数据

Multiset 容器

multiset 是一个允许重复元素的容器。它与 set 非常类似，不同之处在于 multiset 允许多个相同的元素存储在容器中。与 set 一样，multiset 中的元素会自动按顺序排列。

pair对组创建

在 C++ 中，pair 是一个标准库模板类，用于存储两个数据元素，可以是不同类型的数据。pair 是非常有用的数据结构，尤其在处理关联容器（如 map 和 multimap）时，用来存储键值对。
pair 类介绍

pair 是 C++ STL 中的一种简单的容器，它包含了两个值成员：第一个值 first 和第二个值 second。pair 类定义在头文件中。

map/ multimap容器

两者都自动按键进行排序，默认是升序排序，但可以通过自定义比较器来修改排序规则。对于自定义数据类型，map必须要指定排序规则,同set容器

map 容器

map 是一个有序的关联容器，它存储的元素是唯一的（每个键只能出现一次）。map 按照键的顺序自动对元素进行排序，默认使用 operator< 比较键。

特点：

map中所有元素都是pair
键是唯一的：每个键在 map 中只能出现一次。
有序：map 中的元素按键的升序排列（可以自定义排序规则）。
查找、插入和删除操作的时间复杂度为 O(log n)，基于红黑树实现。

multimap 容器

multimap 是与 map 非常相似的一个容器，区别在于它允许键的重复性，即一个键可以与多个值关联。multimap 也会按照键的顺序自动排序，但不同的是，它不会强制键值的唯一性。

特点：

键可以重复：同一个键可以与多个值关联。
有序：multimap 中的元素按键的升序排列（可以自定义排序规则）。
查找、插入和删除操作的时间复杂度为 O(log n)，基于红黑树实现。

c 复制代码

// 自定义比较器，按降序排序
struct DescendingComparator {
    bool operator()(int a, int b) const {
        return a > b;  // 降序排列
    }
};

int main() {
    // 使用自定义比较器的 map
    map<int, string, DescendingComparator> myMap;

    myMap[1] = "apple";
    myMap[2] = "banana";
    myMap[3] = "cherry";

    // 遍历 map，输出按降序排列的元素
    for (const auto& entry : myMap) {
        cout << entry.first << " -> " << entry.second << endl;
    }

    return 0;
}