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【c++】STL简介

23 人参与  2024年09月26日 08:02  分类 : 《随便一记》  评论

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??作者主页:ephemerals__
??所属专栏:C++、STL

目录

前言

一、什么是STL

二、STL的版本

三、STL的组成

四、STL的高级特性 

五、如何学好STL

总结


前言

        当我们学习完C++的基础语法知识以及类和对象、模板等知识之后,就可以正式进入STL的学习了。本篇文章,博主将系统地介绍STL的相关概念以及学习方法,提升大家对STL的认识,帮助大家更好地踏入STL的大门。

一、什么是STL

        STL(Standard Template Library,标准模板库),是c++标准库的一个重要组成部分,它提供了一系列通用的类模板和函数,是一个包罗数据结构和算法的软件框架。STL在c++中极其重要,它的出现弥补了c++开发效率的不足,大大提高了程序的可复用性。

二、STL的版本

1. 原始版本

Alexander Stepanov、Meng Lee 在惠普实验室完成的原始版本,本着开源精神,他们声明允许任何人任意运用、拷贝、修改、传播、商业使用这些代码,无需付费。唯一的条件就是也需要向原始版本一样做开源使用。原始版本所有STL实现版本的始祖。

2. P.J.版本

由P. J. Plauger开发,是由原始版本继承而来,被Windows Visual C++所采用,它不能公开或修改,缺陷是:可读性比较低,符号命名比较怪异。 

3. RW版本

由Rouge Wage公司开发,继承自HP版本,被C+ + Builder 采用,不能公开或修改,可读性一般。

4. SGI版本

由Silicon Graphics Computer Systems,Inc公司开发,继承自原始版本。被GCC(Linux)采用,可移植性好,可公开、修改甚至贩卖,从命名风格和编程风格上看,可读性非常高。

目前最被广泛应用的版本是微软参与研发维护的P.J.版本被Linux采用的SGI版本后续我们深入学习STL时,博主主要参考SGI版本的源代码进行讲解

三、STL的组成

        STL通常被分为六大部分容器、算法、迭代器、仿函数、配接器和空间配置器

容器:STL最重要的部分之一,提供了各种不同类型的数据结构,用于存放数据。容器可以分为序列式容器关联式容器两大类。序列式容器如vector、deque、list等,强调元素的顺序存储;关联式容器如set、map、multiset、multimap等,基于二叉树结构,强调元素的排序和唯一性

算法:对容器进行操作函数模板集合,包括排序、查找、合并、替换等常用算法。算法分为质变算法非质变算法,质变算法会更改区间内的元素内容,如拷贝、替换、删除等;非质变算法则不会更改元素内容,如查找、计数、遍历等。

迭代器:STL中的一个核心概念,用于连接容器和算法。迭代器提供了一种方法,使之能够依序访问某个容器所含的各个元素,而又无需暴露该容器的内部表示方式。每种容器都有自己专属的迭代器,迭代器的种类包括输出迭代器前向迭代器双向迭代器随机访问迭代器等。

仿函数:是一种特殊的,但是它的功能却像一个函数。仿函数不仅可以像普通函数那样传递参数和返回值,还可以保存状态,这使得它在处理需要保持状态的复杂算法时非常有用。

配接器:分为函数配接器容器配接器迭代器配接器,可以将一个类的接口转换为另一个类的接口,使得原本因接口不兼容而不能合作的类可以一起运作。有了配接器,我们就可以轻松地实现复杂的算法和数据结构,而无需从头开始编写代码。

空间配置器:STL源码中实现的一个小工具,用来应对STL容器频繁申请小块内存空间的问题。它类似于一个小型的内存池,通过优化内存的申请和释放过程,提高了STL容器在空间申请方面的效率

四、STL的高级特性 

        除了基本的组成部分外,STL还提供了一些高级特性,如数值算法、本地化和多线程支持等。

数值算法:STL数值算法是一组用于数值计算和处理的算法,包括数值操作、数值统计、数值转换等功能。这些算法定义在<numeric>头文件中,如accumulate(计算序列和)、inner_product(计算点积)、partial_sum(计算部分和)等。

本地化:STL本地化是指将STL库中的一些函数和类适应不同的语言和文化环境,以便更好地适应不同地区的用户需求。比如日期和时间格式、字符编码、数字格式以及货币和货币符号的本地化处理。

多线程支持:STL本身在C++标准库中并不能直接保证全面的多线程安全。这意味着在默认情况下,STL中的容器和算法在多线程环境中使用时,如果不加适当的同步机制,可能会引发数据竞争和竞态条件,从而导致未定义行为。因此,从C++11开始,标准库引入了一些并发支持的特性,这些特性可以在一定程度上帮助我们在多线程环境中安全地使用STL。

五、如何学好STL

        STL在各种算法竞赛以及开发过程当中为我们提供了巨大的便利,是编写c++程序必不可少的工具之一。但是作为c++的核心知识,STL的学习道路肯定是蜿蜒曲折的。那么该如何高效地学习STL呢?

        STL的学习分为三种境界

第一境界:熟练运用STL

        要深入理解STL的各个部分,并且付诸大量的实践练习,可以从简单的程序开始,然后逐步增加难度,以至于运用到算法题当中,增加熟练度。注意:对STL组件的理解一定不能局限于书面知识的掌握,而要付诸于实践当中(多敲代码)

STL各种组件功能查阅:cplusplus.com - The C++ Resources Network

第二境界:理解STL的底层实现

        通过阅读STL的源码,深入理解其实现细节和设计思想,并且尝试自实现其各种功能。

第三境界:扩充STL 

        在前两种境界的基础之上,根据自己的需求,对原有组件的功能进行扩充和改进

为了帮助大家深入学习STL,博主在这里推荐一本参考书籍:侯捷老师的《STL源码剖析》(华中科技大学出版社)

总结

        本篇文章博主和大家分享了STL的概念、组成和重要性,以及如何学好STL。之后博主会给大家介绍STL当中的主要容器并且尝试实现它们。如果你觉得博主讲的还不错,就请留下一个小小的赞在走哦,感谢大家的支持❤❤❤


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