C++之STL總結精華筆記

一、一般介紹 STL（StandardTemplate Library），即標準模板庫，是一個具有工業強度的，高效的C++程式庫。它被容納於C++標準程式庫（C++Standard Library）中，是ANSI/ISOC++標準中最新的也是極具革命性的一部分。該庫包含了諸多在電腦科學領域里所常用的基本數據結構和基本演算法。為廣大C++程式員們提供了一個可擴展的應用框架，高度體現了軟體的可復用性。從邏輯層次來看，在STL中體現了泛型化程式設計的思想（genericprogramming），引入了諸多新的名詞，比如像需求（requirements），概念（concept），模型（model），容器（container），演算法（algorithmn），迭代子（iterator）等。與OOP（object-orientedprogramming）中的多態（polymorphism）一樣，泛型也是一種軟體的復用技術；從實現層次看，整個STL是以一種類型參數化（typeparameterized）的方式實現的，這種方式基於一個在早先C++標準中沒有出現的語言特性--模板（template）。如果查閱任何一個版本的STL源代碼，你就會發現，模板作為構成整個STL的基石是一件千真萬確的事情。除此之外，還有許多C++的新特性為STL的實現提供了方便；二、STL的六大組件 · 容器（Container），是一種數據結構，如list，vector，和deques ，以模板類的方法提供。為了訪問容器中的數據，可以使用由容器類輸出的迭代器； · 迭代器（Iterator），提供了訪問容器中對象的方法。例如，可以使用一對迭代器指定list或vector中的一定範圍的對象。迭代器就如同一個指針。事實上，C++的指針也是一種迭代器。但是，迭代器也可以是那些定義了operator*()以及其他類似於指針的操作符地方法的類對象； · 演算法（Algorithm），是用來操作容器中的數據的模板函數。例如，STL用sort()來對一個vector中的數據進行排序，用find()來搜索一個list中的對象，函數本身與他們操作的數據的結構和類型無關，因此他們可以在從簡單數組到高度複雜容器的任何數據結構上使用； · 仿函數（Function object，仿函數(functor)又稱之為函數對象（functionobject），其實就是重載了()操作符的struct，沒有什麼特別的地方 · 迭代適配器（Adaptor） · 空間配製器（allocator）其中主要工作包括兩部分1.對象的創建與銷毀 2.記憶體的獲取與釋放以下主要討論：容器，迭代器，演算法，適配器。如欲詳加瞭解參見C++ Primer
1.STL容器
1）序列式容器（Sequence containers），每個元素都有固定位置－－取決於插入時機和地點，和元素值無關，vector、deque、list； Vectors：將元素置於一個動態數組中加以管理，可以隨機存取元素（用索引直接存取），數組尾部添加或移除元素非常快速。但是在中部或頭部安插元素比較費時； Deques：是“double-ended queue”的縮寫，可以隨機存取元素（用索引直接存取），數組頭部和尾部添加或移除元素都非常快速。但是在中部或頭部安插元素比較費時； Lists：雙向鏈表，不提供隨機存取（按順序走到需存取的元素，O(n)），在任何位置上執行插入或刪除動作都非常迅速，內部只需調整一下指針； 2）關聯式容器（Associated containers），元素位置取決於特定的排序準則，和插入順序無關，set、multiset、map、multimap； Sets/Multisets：內部的元素依據其值自動排序，Set內的相同數值的元素只能出現一次，Multisets內可包含多個數值相同的元素，內部由二叉樹實現（實際上基於紅黑樹(RB-tree）實現），便於查找； Maps/Multimaps：Map的元素是成對的鍵值/實值，內部的元素依據其值自動排序，Map內的相同數值的元素只能出現一次，Multimaps內可包含多個數值相同的元素，內部由二叉樹實現（實際上基於紅黑樹(RB-tree）實現），便於查找；另外有其他容器hash_map,hash_set,hash_multiset,hash_multimap。容器的比較：

	Vector	Deque	List	Set	MultiSet	Map	MultiMap
內部結構	dynamic array	array of arrays	double linked list	binary tree	binary tree	binary tree	binary tree
隨機存取	Yes	Yes	No	No	No	Yes(key)	No
搜索速度	慢	慢	很慢	快	快	快	快
快速插入移除	尾部	首尾	任何位置	--	--	--	--

2.STL迭代器
Iterator（迭代器）模式又稱Cursor（游標）模式，用於提供一種方法順序訪問一個聚合對象中各個元素, 而又不需暴露該對象的內部表示。或者這樣說可能更容易理解：Iterator模式是運用於聚合對象的一種模式，通過運用該模式，使得我們可以在不知道對象內部表示的情況下，按照一定順序（由iterator提供的方法）訪問聚合對象中的各個元素。迭代器的作用：能夠讓迭代器與演算法不幹擾的相互發展，最後又能無間隙的粘合起來，重載了*，＋＋，＝＝，！＝，＝運算符。用以操作複雜的數據結構，容器提供迭代器，演算法使用迭代器；常見的一些迭代器類型：iterator、const_iterator、reverse_iterator和const_reverse_iterator 迭代器一般聲明使用示例 vector<T>::iterator it;list<T>::iterator it;deque<T>::iterator it； input output \ / forward | bidirectional | randomaccess 要註意，上面這圖表並不是表明它們之間的繼承關係：而只是描述了迭代器的種類和介面。處於圖表下層的迭代器都是相對於處於圖表上層迭代器的擴張集。例如：forward迭代器不但擁有input和output迭代器的所有功能，還擁有更多的功能。各個迭代器的功能如下：

迭代器類別	說明
輸入	從容器中讀取元素。輸入迭代器只能一次讀入一個元素向前移動，輸入迭代器只支持一遍演算法，同一個輸入迭代器不能兩遍遍歷一個序列
輸出	向容器中寫入元素。輸出迭代器只能一次一個元素向前移動。輸出迭代器只支持一遍演算法，統一輸出迭代器不能兩次遍歷一個序列
正向	組合輸入迭代器和輸出迭代器的功能，並保留在容器中的位置
雙向	組合正向迭代器和逆向迭代器的功能，支持多遍演算法
隨機訪問	組合雙向迭代器的功能與直接訪問容器中任何元素的功能，即可向前向後跳過任意個元素

迭代器的操作：每種迭代器均可進行包括表中前一種迭代器可進行的操作。

迭代器操作	說明
所有迭代器
p++	後置自增迭代器
++p	前置自增迭代器
輸入迭代器
*p	復引用迭代器，作為右值
p=p1	將一個迭代器賦給另一個迭代器
p==p1	比較迭代器的相等性
p!=p1	比較迭代器的不等性
輸出迭代器
*p	復引用迭代器，作為左值
p=p1	將一個迭代器賦給另一個迭代器
正向迭代器	提供輸入輸出迭代器的所有功能
雙向迭代器
--p	前置自減迭代器
p--	後置自減迭代器
隨機迭代器
p+=i	將迭代器遞增i位
p-=i	將迭代器遞減i位
p+i	在p位加i位後的迭代器
p-i	在p位減i位後的迭代器
p	返回p位元素偏離i位的元素引用
p<p1	如果迭代器p的位置在p1前，返回true，否則返回false
p<=p1	p的位置在p1的前面或同一位置時返回true，否則返回false
p>p1	如果迭代器p的位置在p1後，返回true，否則返回false
p>=p1	p的位置在p1的後面或同一位置時返回true，否則返回false

只有順序容器和關聯容器支持迭代器遍歷，各容器支持的迭代器的類別如下：

容器	支持的迭代器類別	說明
vector	隨機訪問	一種隨機訪問的數組類型，提供了對數組元素進行快速隨機訪問以及在序列尾部進行快速的插入和刪除操作的功能。可以再需要的時候修改其自身的大小
deque	隨機訪問	一種隨機訪問的數組類型，提供了序列兩端快速進行插入和刪除操作的功能。可以再需要的時候修改其自身的大小
list	雙向	一種不支持隨機訪問的數組類型，插入和刪除所花費的時間是固定的，與位置無關。
set	雙向	一種隨機存取的容器，其關鍵字和數據元素是同一個值。所有元素都必須具有惟一值。
multiset	雙向	一種隨機存取的容器，其關鍵字和數據元素是同一個值。可以包含重覆的元素。
map	雙向	一種包含成對數值的容器，一個值是實際數據值，另一個是用來尋找數據的關鍵字。一個特定的關鍵字只能與一個元素關聯。
multimap	雙向	一種包含成對數值的容器，一個值是實際數據值，另一個是用來尋找數據的關鍵字。一個關鍵字可以與多個數據元素關聯。
stack	不支持	適配器容器類型，用vector，deque或list對象創建了一個先進後出容器
queue	不支持	適配器容器類型，用deque或list對象創建了一個先進先出容器
priority_queue	不支持	適配器容器類型，用vector或deque對象創建了一個排序隊列

3.STL演算法
STL演算法部分主要由頭文件<algorithm>,<numeric>,<functional>組成。要使用 STL中的演算法函數必須包含頭文件<algorithm>，對於數值演算法須包含<numeric>，<functional>中則定義了一些模板類，用來聲明函數對象。
STL中演算法大致分為四類：
1）、非可變序列演算法：指不直接修改其所操作的容器內容的演算法。
2）、可變序列演算法：指可以修改它們所操作的容器內容的演算法。
3）、排序演算法：包括對序列進行排序和合併的演算法、搜索演算法以及有序序列上的集合操作。
4）、數值演算法：對容器內容進行數值計算。以下對所有演算法進行細緻分類並標明功能：
<一>查找演算法(13個)：判斷容器中是否包含某個值
adjacent_find: 在iterator對標識元素範圍內，查找一對相鄰重覆元素，找到則返回指向這對元素的第一個元素的ForwardIterator。否則返回last。重載版本使用輸入的二元操作符代替相等的判斷。
binary_search: 在有序序列中查找value，找到返回true。重載的版本實用指定的比較函數對象或函數指針來判斷相等。
count: 利用等於操作符，把標誌範圍內的元素與輸入值比較，返回相等元素個數。
count_if: 利用輸入的操作符，對標誌範圍內的元素進行操作，返回結果為true的個數。
equal_range: 功能類似equal，返回一對iterator，第一個表示lower_bound，第二個表示upper_bound。
find: 利用底層元素的等於操作符，對指定範圍內的元素與輸入值進行比較。當匹配時，結束搜索，返回該元素的一個InputIterator。
find_end: 在指定範圍內查找"由輸入的另外一對iterator標誌的第二個序列"的最後一次出現。找到則返回最後一對的第一個ForwardIterator，否則返回輸入的"另外一對"的第一個ForwardIterator。重載版本使用用戶輸入的操作符代替等於操作。
find_first_of: 在指定範圍內查找"由輸入的另外一對iterator標誌的第二個序列"中任意一個元素的第一次出現。重載版本中使用了用戶自定義操作符。
find_if: 使用輸入的函數代替等於操作符執行find。
lower_bound: 返回一個ForwardIterator，指向在有序序列範圍內的可以插入指定值而不破壞容器順序的第一個位置。重載函數使用自定義比較操作。
upper_bound: 返回一個ForwardIterator，指向在有序序列範圍內插入value而不破壞容器順序的最後一個位置，該位置標誌一個大於value的值。重載函數使用自定義比較操作。
search: 給出兩個範圍，返回一個ForwardIterator，查找成功指向第一個範圍內第一次出現子序列(第二個範圍)的位置，查找失敗指向last1。重載版本使用自定義的比較操作。
search_n: 在指定範圍內查找val出現n次的子序列。重載版本使用自定義的比較操作。
<二>排序和通用演算法(14個)：提供元素排序策略
inplace_merge: 合併兩個有序序列，結果序列覆蓋兩端範圍。重載版本使用輸入的操作進行排序。
merge: 合併兩個有序序列，存放到另一個序列。重載版本使用自定義的比較。
nth_element: 將範圍內的序列重新排序，使所有小於第n個元素的元素都出現在它前面，而大於它的都出現在後面。重載版本使用自定義的比較操作。
partial_sort: 對序列做部分排序，被排序元素個數正好可以被放到範圍內。重載版本使用自定義的比較操作。
partial_sort_copy: 與partial_sort類似，不過將經過排序的序列複製到另一個容器。
partition: 對指定範圍內元素重新排序，使用輸入的函數，把結果為true的元素放在結果為false的元素之前。
random_shuffle: 對指定範圍內的元素隨機調整次序。重載版本輸入一個隨機數產生操作。
reverse: 將指定範圍內元素重新反序排序。
reverse_copy: 與reverse類似，不過將結果寫入另一個容器。
rotate: 將指定範圍內元素移到容器末尾，由middle指向的元素成為容器第一個元素。
rotate_copy: 與rotate類似，不過將結果寫入另一個容器。
sort: 以升序重新排列指定範圍內的元素。重載版本使用自定義的比較操作。
stable_sort: 與sort類似，不過保留相等元素之間的順序關係。
stable_partition: 與partition類似，不過不保證保留容器中的相對順序。

<三>刪除和替換演算法(15個)
copy: 複製序列
copy_backward: 與copy相同，不過元素是以相反順序被拷貝。
iter_swap: 交換兩個ForwardIterator的值。
remove: 刪除指定範圍內所有等於指定元素的元素。註意，該函數不是真正刪除函數。內置函數不適合使用remove和remove_if函數。
remove_copy: 將所有不匹配元素複製到一個制定容器，返回OutputIterator指向被拷貝的末元素的下一個位置。
remove_if: 刪除指定範圍內輸入操作結果為true的所有元素。
remove_copy_if: 將所有不匹配元素拷貝到一個指定容器。
replace: 將指定範圍內所有等於vold的元素都用vnew代替。
replace_copy: 與replace類似，不過將結果寫入另一個容器。
replace_if: 將指定範圍內所有操作結果為true的元素用新值代替。
replace_copy_if: 與replace_if，不過將結果寫入另一個容器。
swap: 交換存儲在兩個對象中的值。
swap_range: 將指定範圍內的元素與另一個序列元素值進行交換。
unique: 清除序列中重覆元素，和remove類似，它也不能真正刪除元素。重載版本使用自定義比較操作。
unique_copy: 與unique類似，不過把結果輸出到另一個容器。

<四>排列組合演算法(2個)：提供計算給定集合按一定順序的所有可能排列組合
next_permutation: 取出當前範圍內的排列，並重新排序為下一個排列。重載版本使用自定義的比較操作。
prev_permutation: 取出指定範圍內的序列並將它重新排序為上一個序列。如果不存在上一個序列則返回false。重載版本使用自定義的比較操作。
<五>算術演算法(4個)
accumulate: iterator對標識的序列段元素之和，加到一個由val指定的初始值上。重載版本不再做加法，而是傳進來的二元操作符被應用到元素上。
partial_sum: 創建一個新序列，其中每個元素值代表指定範圍內該位置前所有元素之和。重載版本使用自定義操作代替加法。
inner_product: 對兩個序列做內積(對應元素相乘，再求和)並將內積加到一個輸入的初始值上。重載版本使用用戶定義的操作。
adjacent_difference: 創建一個新序列，新序列中每個新值代表當前元素與上一個元素的差。重載版本用指定二元操作計算相鄰元素的差。

<六>生成和異變演算法(6個)
fill: 將輸入值賦給標誌範圍內的所有元素。
fill_n: 將輸入值賦給first到first+n範圍內的所有元素。
for_each: 用指定函數依次對指定範圍內所有元素進行迭代訪問，返回所指定的函數類型。該函數不得修改序列中的元素。
generate: 連續調用輸入的函數來填充指定的範圍。
generate_n: 與generate函數類似，填充從指定iterator開始的n個元素。
transform: 將輸入的操作作用與指定範圍內的每個元素，並產生一個新的序列。重載版本將操作作用在一對元素上，另外一個元素來自輸入的另外一個序列。結果輸出到指定容器。
<七>關係演算法(8個)
equal: 如果兩個序列在標誌範圍內元素都相等，返回true。重載版本使用輸入的操作符代替預設的等於操作符。
includes: 判斷第一個指定範圍內的所有元素是否都被第二個範圍包含，使用底層元素的<操作符，成功返回true。重載版本使用用戶輸入的函數。
lexicographical_compare: 比較兩個序列。重載版本使用用戶自定義比較操作。
max: 返回兩個元素中較大一個。重載版本使用自定義比較操作。
max_element: 返回一個ForwardIterator，指出序列中最大的元素。重載版本使用自定義比較操作。
min: 返回兩個元素中較小一個。重載版本使用自定義比較操作。
min_element: 返回一個ForwardIterator，指出序列中最小的元素。重載版本使用自定義比較操作。
mismatch: 並行比較兩個序列，指出第一個不匹配的位置，返回一對iterator，標誌第一個不匹配元素位置。如果都匹配，返回每個容器的last。重載版本使用自定義的比較操作。 <八>集合演算法(4個)
set_union: 構造一個有序序列，包含兩個序列中所有的不重覆元素。重載版本使用自定義的比較操作。
set_intersection: 構造一個有序序列，其中元素在兩個序列中都存在。重載版本使用自定義的比較操作。
set_difference: 構造一個有序序列，該序列僅保留第一個序列中存在的而第二個中不存在的元素。重載版本使用自定義的比較操作。
set_symmetric_difference: 構造一個有序序列，該序列取兩個序列的對稱差集(並集-交集)。
<九>堆演算法(4個)
make_heap: 把指定範圍內的元素生成一個堆。重載版本使用自定義比較操作。
pop_heap: 並不真正把最大元素從堆中彈出，而是重新排序堆。它把first和last-1交換，然後重新生成一個堆。可使用容器的back來訪問被"彈出"的元素或者使用pop_back進行真正的刪除。重載版本使用自定義的比較操作。
push_heap: 假設first到last-1是一個有效堆，要被加入到堆的元素存放在位置last-1，重新生成堆。在指向該函數前，必須先把元素插入容器後。重載版本使用指定的比較操作。
sort_heap: 對指定範圍內的序列重新排序，它假設該序列是個有序堆。重載版本使用自定義比較操作。 4.適配器
STL提供了三個容器適配器：queue、priority_queue、stack。這些適配器都是包裝了vector、list、deque中某個順序容器的包裝器。註意：適配器沒有提供迭代器，也不能同時插入或刪除多個元素。下麵對各個適配器進行概括總結。
（1）stack用法 #include <stack>template < typename T, typename Container=deque > class stack; 可以使用三個標準順序容器vecotr、deque(預設)、list中的任何一個作為stack的底層模型。 bool stack<T>::empty()                         //判斷堆棧是否為空void stack<T>::pop()                           //彈出棧頂數據stack<T>::push(T x)                            //壓入一個數據stack<T>::size_type stack<T>::size()          //返回堆棧長度T stack<T>::top()                              //得到棧頂數據代碼示例： stack<int> intDequeStack;  stack<int,vector<int>> intVectorStack;  stack<int,list<int>> intListStack;
（2）queue用法 #include <queue>template<typename T, typename Container = deque<T> > class  queue; 第一個參數指定要在queue中存儲的類型，第二個參數規定queue適配的底層容器，可供選擇的容器只有dequeue和list。對大多數用途使用預設的dequeue。 queue<T>::push(T x)void queue<T>::pop()T queue<T>::back()T queue<T>::front()queue<T>::size_type queue<T>::size()bool queue<T>::empty() 代碼示例： queue<int> intDequeQueue;   queue<int,list<int>> intListQueue;
（3）priority_queue用法 #include <queue>template <typename T, typename Container = vector<T>, typename Compare = less<T> > class priority_queue; priority_queue也是一個隊列，其元素按有序順序排列。其不採用嚴格的FIFO順序，給定時刻位於隊頭的元素正是有最高優先順序的元素。如果兩個元素有相同的優先順序，那麼它們在隊列中的順序就遵循FIFO語義。預設適配的底層容器是vector，也可以使用deque，list不能用，因為priority_queue要求能對元素隨機訪問以便進行排序。 priority_queue<T>::push(T x)void priority_queue<T>::pop()T priority_queue<T>::top()priority_queue<T>::size_type priority_queue<T>::size()boolpriority_queue<T>::empty() 代碼示例： priority_queue< int, vector<int>, greater<int> >priority_queue< int, list<int>, greater<int> > 標準庫預設使用元素類型的<操作符來確定它們之間的優先順序關係，用法有三：（下文轉自http://www.cnblogs.com/vvilp/articles/1504436.html）優先隊列第一種用法，通過預設使用的<操作符可知在整數中元素大的優先順序高。 priority_queue<int> qi; 示例中輸出結果為：96 5 3 2 優先隊列第二種用法，建立priority_queue時傳入一個比較函數，使用functional.h函數對象作為比較函數。 priority_queue<int, vector<int>, greater<int> >qi2; 示例2中輸出結果為：2 3 5 6 9 優先隊列第三種用法，是自定義優先順序。 struct node {    friend bool operator< (node n1, node n2)    {       return n1.priority < n2.priority;    }      int priority;    int value; }; priority_queue<node> qn; 在示例3中輸出結果為：優先順序值 9       5 8       2 6       1 2       3 1       4 在該結構中，value為值，priority為優先順序。通過自定義operator<操作符來比較元素中的優先順序。註意：必須是自定義<操作符才行，把上述的結構中的<操作符改成>編譯不通過。