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STL教程(二):C++ STL必備知識

來源:千鋒教育
發布人:syq
時間: 2022-07-11 16:51:00 1657529460

  STL作為C++標準的重要一部分,在很大程序上改變了C++程序的結構與使用方式,STL大大提高了軟件開發的效率,降低了開發成本成維護成本,降低了開發時間與維護時間,提高了軟件穩定性與可移植性,隨著軟件行業的迅速發展, STL在C++程序中得到了廣泛的應用。

  上一篇內容介紹了STL提供了六大組件,彼此之間可以組合套用,這六大組件分別是:容器、算法、迭代器、仿函數、適配器(配接器)、空間配置器。我們將詳細介紹其中三個,為接下來的學習打好基礎。

  一、容器

  容器,置物之所也。 研究數據的特定排列方式,以利于搜索或排序或其他特殊目的,這一門學科我們稱為數據結構。大學信息類相關專業里面,與編程最有直接關系的學科,首推數據結構與算法。幾乎可以說,任何特定的數據結構都是為了實現某種特定的算法。STL容器就是將運用最廣泛的一些數據結構實現出來。 常用的數據結構:數組(array),鏈表(list),tree(樹),棧(stack),隊列(queue),集合(set),映射表(map),根據數據在容器中的排列特性,這些數據分為序列式容器和關聯式容器兩種。 序列式容器強調值的排序,序列式容器中的每個元素均有固定的位置,除非用刪除或插入的操作改變這個位置。Vector容器、Deque容器、List容器等。 關聯式容器是非線性的樹結構,更準確的說是二叉樹結構。各元素之間沒有嚴格的物理上的順序關系,也就是說元素在容器中并沒有保存元素置入容器時的邏輯順序。關聯式容器另一個顯著特點是:在值中選擇一個值作為關鍵字key,這個關鍵字對值起到索引的作用,方便查找。

  總結:針對于STL通用的容器分為三類:順序性容器、關聯式容器和容器適配器。

  順序性容器是一種各元素之間有順序關系的線性表,除非用插入、刪除的操作改變位置,否則元素在容器中的位置與元素本身沒有關系,只與操作的時間和地點相關(時間:什么時候添加的元素,地點:元素添加到了那個位置);常用的順序性容器有:vector、deque、list。

  關聯式容器是采用非線性的樹結構來存儲數據,樹形結構的底層采用的是平衡二叉搜索樹:RB-Tree(紅黑樹),哈希結構底層實現為哈希表,容器內的各元素沒有嚴格意義上的物理內存上的順序關系。此外,關聯式容器是采用key-value形式,在樹形結構中保存key值,然后通過哈希表訪問其value值,而順序性容器只能保存一種類型的值。常用的關聯式容器有:set和multiset、map和multimap。

  容器適配器其實就是將已有的容器結構類型,改變一下接口,使其實現特有的功能,比如stack容器,其實就是deque容器改變接口實現的,你也可以使用deque容器當做stack容器使用,但是deque容器接口過多,為了避免誤操作,破壞了stack容器的性質,就使用容器適配器。常用的關聯式容器有:stack,queue和priority_queue。stack和queue默認是基于deque實現,priority_queue默認是基于vector實現。

  最后容器可以嵌套容器,如下圖所示。

2

  二、算法

  算法,問題之解法也。以有限的步驟,解決邏輯或數學上的問題,這一門學科我們叫做算法(Algorithms).廣義而言,我們所編寫的每個程序都是一個算法,其中的每個函數也都是一個算法,畢竟它們都是用來解決或大或小的邏輯問題或數學問題。STL收錄的算法經過了數學上的效能分析與證明,是極具復用價值的,包括常用的排序,查找等等。特定的算法往往搭配特定的數據結構,算法與數據結構相輔相成。

  算法分為:質變算法和非質變算法。

  質變算法:是指運算過程中會更改區間內的元素的內容。例如拷貝,替換,刪除等等 非質變算法:是指運算過程中不會更改區間內的元素內容,例如查找、計數、遍歷、尋找極值等等

  總結:針對于STL常用的算法有:查找算法、排序和通用算法、刪除和替換算法、排列組合算法、數值算法、生成和異變算法、關系算法、集合算法、堆算法等。(具體的算法將在接下來章節中介紹)

  三、迭代器

  迭代器(iterator)是一種抽象的設計概念,現實程序語言中并沒有直接對應于這個概念的實物。在對市面上23種設計模式的完整描述中,其中iterator模式定義如下:提供一種方法,使之能夠依序尋訪某個容器所含的各個元素,而又無需暴露該容器的內部表示方式。

  迭代器的設計思維-STL的關鍵所在,STL的中心思想在于將容器(container)和算法(algorithms)分開,彼此獨立設計,最后再一貼膠著劑將他們撮合在一起。從技術角度來看,容器和算法的泛型化并不困難,c++的class template和function template可分別達到目標,如果設計出兩這個之間的良好的膠著劑,才是大難題。

  迭代器的種類:

3

  使用案例:

#include<iostream> #include<vector> #include<algorithm> using namespace std; //STL 中的容器 算法 迭代器 void test01(){ 

vector<int> v; //STL 中的標準容器之一 :動態數組

v.push_back(1); //vector 容器提供的插入數據的方法

v.push_back(3); 

v.push_back(7); //迭代器

vector<int>::iterator pStart = v.begin(); //vector 容器提供了 begin()方法 返回 指向第一個元素的迭代器

vector<int>::iterator pEnd = v.end(); //vector 容器提供了 end()方法 返回指向最后 一個元素下一個位置的迭代器 //通過迭代器遍歷

while (pStart != pEnd){ 

cout << *pStart << " "; 

pStart++; }

cout << endl; }//STL 容器不單單可以存儲基礎數據類型,也可以存儲類對象 class Teacher {

public: 

Teacher(int age) :age(age){};

 ~Teacher(){}; 

public: 

int age; };void test02(){ 

vector<Teacher> v; //存儲 Teacher 類型數據的容器

Teacher t1(10), t2(20), t3(30); 

v.push_back(t1); 

v.push_back(t2); 

v.push_back(t3); 

vector<Teacher>::iterator pStart = v.begin(); 

vector<Teacher>::iterator pEnd = v.end(); //通過迭代器遍歷

while (pStart != pEnd)

cout << pStart->age << " "; 

pStart++; 

}

cout << endl; }//存儲 Teacher 類型指針 void test03(){ 

vector<Teacher*> v; //存儲 Teacher 類型指針

Teacher* t1 = new Teacher(10); 

Teacher* t2 = new Teacher(20); 

Teacher* t3 = new Teacher(30); 

v.push_back(t1); 

v.push_back(t2); 

v.push_back(t3); //拿到容器迭代器

vector<Teacher*>::iterator pStart = v.begin(); 

vector<Teacher*>::iterator pEnd = v.end(); 

//通過迭代器遍歷

while (pStart != pEnd)

cout << (*pStart)->age << " "; 

pStart++; 

}

cout << endl; 

 }

 //容器嵌套容器 難點(不理解,可以跳過)

 void test04() 

 { 

 vector< vector<int> > v; 

 vector<int>v1; 

 vector<int>v2; 

 vector<int>v3; 

 for (int i = 0; i < 5;i++) 

 { 

 v1.push_back(i); 

 v2.push_back(i * 10); 

 v3.push_back(i * 100); 

 }

 v.push_back(v1); 

 v.push_back(v2); 

 v.push_back(v3);

 for (vector< vector<int> >::iterator it = v.begin(); it != v.end();it++) 

 { 

 for (vector<int>::iterator subIt = (*it).begin(); subIt != (*it).end(); subIt ++)

 { 

cout << *subIt << " "; 

 }

 cout << endl; 

 } 

 }

 int main()

 { 

 //test01();

 //test02();

 //test03();

 test04(); 

 system("pause"); 

 return EXIT_SUCCESS; 

 }

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