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c++中什么是STL_C++标准模板库结构与组成介绍

裘德小鎮的故事

裘德小鎮的故事

发布时间:2025-11-14 11:10:53

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来源于php中文网

原创

STL是C++标准库中的模板类与函数集合,核心思想为容器与算法分离并通过迭代器连接。1. 容器分为序列式(如vector、list、deque、array、forward_list)、关联式(如set、map及其multiset/multimap变体)和无序关联容器(如unordered_set、unordered_map等),分别支持线性存储、排序查找和哈希访问。

c++中什么是stl_c++标准模板库结构与组成介绍

在C++中,STL(Standard Template Library,标准模板库)是一套功能强大、高效且通用的模板类和函数集合,它被集成到C++标准库中,为程序员提供了一套现成的数据结构和算法实现。STL的核心设计思想是将数据结构(容器)与操作这些结构的算法分离,并通过迭代器进行连接,从而实现高内聚、低耦合的编程模式。

容器(Containers)

容器是用来存储和管理数据的对象。STL中的容器分为三大类:

  • 序列式容器:元素按线性顺序排列,可通过位置访问。常见的有:
    • vector:动态数组,支持快速随机访问,在尾部插入/删除效率高。
    • list:双向链表,支持高效的任意位置插入/删除。
    • deque:双端队列,可在首尾高效插入/删除。
    • array(C++11起):固定大小的数组,封装了传统C风格数组。
    • forward_list(C++11起):单向链表,内存开销更小。
  • 关联式容器:基于键值对组织数据,内部通常用平衡二叉树或哈希表实现,支持快速查找。
    • set / multiset:基于红黑树,自动排序,不允许重复(multiset允许)。
    • map / multimap:键值对容器,按键排序,map中键唯一。
  • 无序关联容器(C++11起):基于哈希表实现,查找、插入平均时间复杂度为O(1)。
    • unordered_set / unordered_multiset
    • unordered_map / 头文件中,它们不直接操作具体容器,而是通过迭代器访问数据,实现高度通用性。

      常见算法包括:

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      • 查找:findsearchbinary_search
      • 排序:sortpartial_sortstable_sort
      • 修改:copyfillreplacereverse
      • 数值操作:accumulateinner_product(在中)

      所有算法都以迭代器为参数,例如:std::sort(vec.begin(), vec.end());

      迭代器(Iterators)

      迭代器是STL的“粘合剂”,它提供一种统一的方式访问容器中的元素,屏蔽了不同容器的底层差异。迭代器类似于指针,可以解引用和递增。

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      根据功能强弱,迭代器分为五类:

      • 输入迭代器:只能读取一次数据(如istream_iterator)
      • 输出迭代器:只能写入一次数据(如ostream_iterator)
      • 前向迭代器:可多次读写,仅支持++
      • 双向迭代器:支持++和--(list、set等使用)
      • 随机访问迭代器:支持+、-、[]、

      容器通过begin()end()返回迭代器,供算法使用。

      其他重要组件

      除了核心三要素(容器、算法、迭代器),STL还包括以下关键部分:

      • 函数对象(Functors):重载了operator()的类对象,可用于自定义比较或操作逻辑。例如传给sort的比较函数。
      • 适配器(Adaptors):对已有组件进行包装,提供新的接口。
        • 容器适配器:stackqueuepriority_queue(基于deque或vector构建)
        • 迭代器适配器:reverse_iteratorinsert_iterator
        • 函数适配器:bindnot1等(C++11后逐渐被lambda和std::function取代)
      • 分配器(Allocators):负责容器中内存的分配与释放,默认使用new/delete,一般用户无需直接操作。

      基本上就这些。STL通过泛型编程方式,将数据结构与算法解耦,极大提升了代码复用性和开发效率。掌握STL是C++程序员的基本功,合理使用能显著减少出错并提升性能。

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