【C++】＜STL部分＞：STL标准模板库概要

STL(standard template libaray-标准模板库)，是C++标准库的重要组成部分，包含了很多常用的数据结构和算法。

在我们学习了模板的之后，再来看STL，就能知道它是C++标准库中的模板类和模板函数的集合，作为可复用的库大大提高了程序员的工作效率。

STL主要组成包括：

• 容器（Containers）：封装各种数据结构，如数组、链表、集合等。
• 算法（Algorithms）：提供排序、查找、拷贝、合并等通用算法。
• 迭代器（Iterators）：连接容器与算法的桥梁，用来遍历容器。
• 函数对象（Function Objects / Functors）：行为像函数的对象，用于定制算法行为。
• 适配器（Adapters）：对已有组件进行封装，使其接口发生变化（如 stack、queue）。
• 分配器（Allocators）：负责内存分配，通常使用默认的分配器。

概要如下图所示：

说到STL，就不得不说到泛型编程，这也是上次提到过的一种编程方式。具体可以查看：【C++】Chaper03 函数模板与泛型-CSDN博客

接下来进行几个部分的大致介绍。

一、STL容器

容器大致分为三类，分别是序列式容器、关联式容器、无序容器。

1. 序列式容器（Sequence Containers）

保持元素的排列顺序。

• vector：动态数组，支持随机访问，尾部插入删除高效。
• deque：双端队列，头尾插入删除都高效。
• list：双向链表，任意位置插入删除高效，但不支持随机访问。
• forward_list：C++11引入，单向链表。
• array：定长数组，C++11引入。

2. 关联式容器（Associative Containers）

自动按键排序（通常为红黑树实现）。

• set：键的集合，不允许重复。
• multiset：允许重复键。
• map：键值对，键唯一。
• multimap：键值对，键可重复。

3. 无序容器（Unordered Containers）

基于哈希表实现，C++11 引入。

• unordered_set、unordered_multiset
• unordered_map、unordered_multimap

二、迭代器（Iterators）

STL中的迭代器类似于指针，用于访问容器中的元素。

常见迭代器类型：

• input_iterator：只读，单向（如 istream_iterator）
• output_iterator：只写，单向（如 ostream_iterator）
• forward_iterator：可读写，单向（如 forward_list）
• bidirectional_iterator：双向（如 list）
• random_access_iterator：随机访问（如 vector、deque）

三、STL算法（Algorithms）

STL 提供了约 60 多种通用算法，主要分为以下几类：

• 非变序算法：不修改原始容器内容（如 find、count、for_each）
• 变序算法：可能会修改容器（如 copy、replace、remove）
• 排序和比较：sort、stable_sort、min、max
• 数值算法：accumulate、inner_product（需 #include <numeric>）

四、函数对象（Function Objects）

函数对象是重载了 operator() 的类或结构体，可以像函数一样调用。常用于定制排序规则等。

例如：

struct MyCompare {
    bool operator()(int a, int b) {
        return a > b; // 降序
    }
};

std::sort(vec.begin(), vec.end(), MyCompare());

五、适配器（Adapters）

对现有的容器或函数进行封装，改变其接口。

• 容器适配器：stack、queue、priority_queue
• 迭代器适配器：reverse_iterator、insert_iterator
• 函数适配器：bind、not1、mem_fun（C++11推荐使用 std::bind 和 Lambda）

六、分配器（Allocators）

用于抽象和管理内存的分配与释放。一般用默认的分配器，但也可以自定义内存管理策略。

标准分配器 std::allocator :

std::allocator 是 C++ 标准库提供的默认分配器，实现了最基本的内存分配和对象管理功能。其定义位于头文件 中。主要成员函数包括：

• allocate：分配未构造的内存。
• deallocate：释放先前分配的内存。
• construct：在已分配的内存上构造对象（C++17 之前）。
• destroy：调用对象的析构函数（C++17 之前）2。

自定义分配器:

自定义分配器允许开发者控制内存管理策略。例如，可以实现一个内存池分配器，以减少频繁的内存分配和释放带来的开销。

STL的优点与缺点

STL的优点与缺点

优点：

• 高效：模板和内联使得STL非常高效。
• 通用：一套算法可作用于不同容器。
• 易用：编写高质量代码更容易。

缺点：

• 编译慢：模板膨胀严重。
• 错误提示晦涩难懂。
• 可定制性有限（例如自定义内存管理复杂）。