C++ STL（标准模板库）教程

目录

1. STL 概述
2. STL 组件介绍
   • 容器（Containers）
   • 算法（Algorithms）
   • 迭代器（Iterators）
   • 仿函数（Functors）
   • 适配器（Adapters）
3. STL 容器详解
   • 顺序容器：vector、list、deque、array、forward_list
   • 关联容器：set、multiset、map、multimap
   • 无序容器（哈希容器）：unordered_set、unordered_map、unordered_multiset、unordered_multimap
   • 适配容器：stack、queue、priority_queue
4. STL 迭代器（Iterators）
   • 输入迭代器、输出迭代器、前向迭代器、双向迭代器、随机访问迭代器
   • 常见迭代器操作
5. STL 算法（Algorithms）
   • 排序、查找、遍历、修改、数值算法
   • sort、find、for_each、accumulate 等
6. STL 仿函数（Functors）
   • 一元仿函数、二元仿函数
   • less<>、greater<>、plus<>、multiplies<>
7. STL 适配器（Adapters）
   • 容器适配器：stack、queue
   • 迭代器适配器
   • 仿函数适配器
8. STL 进阶技巧
   • emplace vs insert
   • move 语义与 STL
   • std::bind 与 std::function
9. STL 练习与示例代码
10. 参考资料

1. STL 概述

C++ 标准模板库（STL，Standard Template Library）是一组通用的类和函数模板，提供了一整套高效的数据结构和算法，使 C++ 开发更加便捷。

STL 的主要特点：

• 模块化：STL 由多个组件组成，包括容器、算法、迭代器等。
• 高效性：采用泛型编程，提高代码复用性和执行效率。
• 灵活性：可用于不同类型的数据结构，适用于多种应用场景。

2. STL 组件介绍

2.1 容器（Containers）

STL 容器用于存储和管理数据，包括：

• 顺序容器（如 vector、list、deque）
• 关联容器（如 set、map）
• 哈希容器（如 unordered_map、unordered_set）

2.2 算法（Algorithms）

STL 提供了一系列常见算法，如：

• 排序（sort）
• 查找（find）
• 修改（transform）
• 数值计算（accumulate）

2.3 迭代器（Iterators）

STL 迭代器用于遍历容器，常见类型包括：

• 输入迭代器
• 输出迭代器
• 前向迭代器
• 双向迭代器
• 随机访问迭代器

2.4 仿函数（Functors）

仿函数是一种可以像函数一样调用的对象，通常用于自定义排序规则，如：

struct Compare {
    bool operator()(int a, int b) { return a > b; }
};

2.5 适配器（Adapters）

适配器是 STL 的一种包装器，可用于：

• 容器适配器（如 stack、queue）
• 迭代器适配器（如 reverse_iterator）
• 仿函数适配器（如 std::bind）

3. STL 容器详解

3.1 顺序容器

示例：vector 的基本用法

#include <vector>
#include <iostream>

int main() {
    std::vector<int> v = {1, 2, 3, 4, 5};
    v.push_back(6);  // 添加元素
    for (int x : v) std::cout << x << " ";
}

3.2 关联容器

示例：map 的基本用法

#include <map>
#include <iostream>

int main() {
    std::map<int, std::string> m = {{1, "one"}, {2, "two"}};
    std::cout << m[1];  // 输出 one
}

4. STL 迭代器

迭代器是 STL 容器的核心组件，常见操作：

std::vector<int> v = {10, 20, 30};
std::vector<int>::iterator it = v.begin();
std::cout << *it;  // 输出 10

迭代器类型

5. STL 算法

常见算法：

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

int main() {
    std::vector<int> v = {3, 1, 4, 1, 5, 9};
    std::sort(v.begin(), v.end());  // 排序
    for (int x : v) std::cout << x << " ";
}

6. STL 仿函数

仿函数是可以像函数一样调用的对象：

#include <functional>
#include <iostream>

struct Multiply {
    int operator()(int x, int y) { return x * y; }
};

int main() {
    Multiply mul;
    std::cout << mul(3, 4);  // 输出 12
}

7. STL 适配器

适配器用于修改 STL 组件的行为，例如：

#include <queue>
#include <iostream>

int main() {
    std::priority_queue<int> pq;
    pq.push(10);
    pq.push(5);
    std::cout << pq.top();  // 输出 10
}

8. STL 进阶技巧

• emplace vs insert
• move 语义
• std::bind 与 std::function

9. 参考资料

• C++ STL 官方文档
• C++ STL GitHub 资源