英雄C++入门到精通

如果说C++的基础语法是英雄的筋骨，那么标准模板库（STL）就是英雄手中威力无穷的神兵利器。STL提供了一套经过千锤百炼的通用组件，主要包括容器、算法和迭代器。熟练运用STL，能让你从重复造轮子的苦役中解放出来，专注于解决更核心的问题，极大提升编程效率和代码质量。

第一部分：容器------数据的智能仓库

容器用于存储和管理数据集合。不同的容器有不同的特性和适用场景。

序列式容器：std::vector（动态数组）
vector是最常用的容器，它在堆上分配连续内存，支持快速随机访问（O(1)时间复杂度）。其大小可以动态增长。

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#include <vector>
#include <iostream>

void vectorDemo() {
    std::vector<int> nums = {1, 2, 3, 4, 5}; // 初始化列表

    // 1. 遍历 (C++11 范围for循环)
    std::cout << "元素: ";
    for (int num : nums) {
        std::cout << num << " ";
    }
    std::cout << std::endl;

    // 2. 添加元素
    nums.push_back(6); // 在末尾添加
    nums.insert(nums.begin() + 2, 99); // 在索引2的位置插入99

    // 3. 访问元素
    std::cout << "第一个元素: " << nums.front() << std::endl;
    std::cout << "最后一个元素: " << nums.back() << std::endl;
    std::cout << "索引为3的元素: " << nums[3] << std::endl; // 不检查越界
    std::cout << "索引为3的元素: " << nums.at(3) << std::endl; // 检查越界，越界则抛出异常

    // 4. 删除元素
    nums.pop_back(); // 删除末尾元素
    nums.erase(nums.begin() + 1); // 删除索引1的元素

    std::cout << "操作后: ";
    for (auto it = nums.begin(); it != nums.end(); ++it) { // 使用迭代器
        std::cout << *it << " ";
    }
    std::cout << std::endl;
}

关联式容器：std::map（键值对集合）
map基于红黑树实现，存储的是key-value键值对，并且key是自动排序的。它支持通过key快速查找对应的value（O(log n)时间复杂度）。

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#include <map>
#include <string>

void mapDemo() {
    std::map<std::string, int> studentScores;

    // 插入数据
    studentScores["Alice"] = 95;
    studentScores["Bob"] = 87;
    studentScores["Charlie"] = 92;
    studentScores.insert({"David", 78});

    // 遍历 (map的每个元素是一个std::pair)
    for (const auto& pair : studentScores) {
        std::cout << pair.first << " 的分数是: " << pair.second << std::endl;
    }

    // 查找数据
    std::string name = "Bob";
    auto it = studentScores.find(name);
    if (it != studentScores.end()) {
        std::cout << "找到了 " << name << ", 分数: " << it->second << std::endl;
    } else {
        std::cout << "没有找到 " << name << std::endl;
    }

    // 使用下标访问（如果key不存在，会创建一个新条目）
    std::cout << "Alice的分数: " << studentScores["Alice"] << std::endl;
}

第二部分：算法与迭代器------解耦的艺术

STL算法的强大之处在于，它们通过迭代器与容器解耦。迭代器是泛化的指针，用于遍历容器中的元素。算法不关心操作的是哪种容器，只关心迭代器提供的访问接口。

示例：使用std::sort和std::find_if

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#include <algorithm>
#include <vector>
#include <iostream>

bool isOdd(int n) {
    return n % 2 != 0;
}

void algorithmDemo() {
    std::vector<int> data = {5, 2, 8, 1, 9, 3};

    // 1. 排序 (默认升序)
    std::sort(data.begin(), data.end());
    std::cout << "升序排序: ";
    for (int x : data) std::cout << x << " ";
    std::cout << std::endl;

    // 降序排序
    std::sort(data.begin(), data.end(), std::greater<int>());
    std::cout << "降序排序: ";
    for (int x : data) std::cout << x << " ";
    std::cout << std::endl;

    // 2. 查找第一个满足条件的元素
    auto oddIt = std::find_if(data.begin(), data.end(), isOdd);
    if (oddIt != data.end()) {
        std::cout << "找到第一个奇数: " << *oddIt << "，位于索引 " << (oddIt - data.begin()) << std::endl;
    }

    // 3. 使用Lambda表达式（更现代的方式）
    auto evenIt = std::find_if(data.begin(), data.end(), [](int n) { return n % 2 == 0; });
    if (evenIt != data.end()) {
        std::cout << "找到第一个偶数: " << *evenIt << std::endl;
    }

    // 4. 计数
    int countOfOdd = std::count_if(data.begin(), data.end(), isOdd);
    std::cout << "奇数的个数: " << countOfOdd << std::endl;
}

结论：

STL将数据结构和算法分离，通过迭代器桥接，实现了高度的通用性和效率。作为一名C++程序员，你的目标不应该是自己实现一个链表或排序算法，而是深刻理解每种STL容器的特性和算法的用途，从而在面对问题时，能迅速选出最合适的"工具"，组合出优雅高效的解决方案。这才是STL赋予"英雄C++"程序员的真正力量。