在进入stl的世界之前,我们先对其中的主要组件做一个鸟瞰:
先来一张层次图:
如果觉得层次图看不清的话,我们把它重新绘成思维导图吧:
从图中我们可以看到:
stl的核心只有三个大组件:
容器
迭代器
算法
当然,这么大的一个包罗万象的c++标准库,还是有很多其他的组件,比如智能指针、字符串、正则表达式、流式i/o、并发处理等不是跟容器相关的。但是做为核心的容器库,就只有这三大组件。
容器的种类其实蛮少的,大体上分为基本容器和特殊容器两大类。
基本容器按照无序,有序,排序分成了三大类:
有序是需要排照一定的顺序访问,比如数组和链表,但是并没有根据元素的值进行排序。这样的容器只有5个:array数组,vector动态数组,deque两端都可插入的动态数组,list双向链表,forward_list单向链表。
排序是经过比较和排序算法处理之后的针对值也有序的结果。一共有4个,set集合,multiset值可重复集合,map不重复的键-值对,multimap键值可重复的map. 排序结构一般用排序二叉树等结构来实现。
无序就是我们根本不关心元素的顺序,我们只关心是否放到容器中了。unordered set才是我们心目中的集合,不用加元素就排序。unordered multiset可以放多次。unordered map可以用作哈希表。unordered multimap可以用作字典。
只有上面13种基本容器,还是非常简单的。比起java来,功能上还是有所欠缺的,比如java中有对于并发支持比较好的concurrenthashmap,copyonwritearraylist等的复杂性就不是这些容器所能比的。相比来说,c++ stl中的容器还处于初级阶段。
所谓迭代器,大家都熟悉迭代模式,就是遍历容器元素的方法。最简单的用法就像是指针一样,用*运算符取内容,++移至下一项,=赋值,==和!=判断是否相等。多出的begin()和end()是因为容器的访问需要一个头和尾。cbegin()和cend()是c++11新引入的,用于常量表示的头和尾。
最后是各种算法,小到计数,赋值,大到所有元素排序。看起来不少,但是都是实际对容器操作用得上的,所以其实也并不多。
array在tr1才被加入到stl的大家庭中。其实它本质上就是个数组,无法增加新成员,只能修改现有的成员的值。c++11为array带来的就是可以支持统一初始化,我们来看一个例子:
和数组一样,array通过[]运算符来访问。
下面,我们让迭代器出场,看看用迭代器的方式如何遍历array:
第一个元素是array.begin(),最后一个元素是array.end(),取下一个元素用++运算符。c++11的auto又在这时刻发挥了作用,有了它,我们根本不需要知道迭代器的存在。管它是什么呢,反正++可以取下一个,*可以获取当前的值。一般情况下已经足够用了。
下面,c++11又为我们送上一份小礼物,简便写法。大家直接看例程吧:
没错,连begin()和end()这样的迭代函数和++,*这样的运算符都给封装起来了,我们拿到手的时候,已经是一个元素,在本例中就是个字符串。
我们再将算法应用到array容器,给容器做个排序:
输出之后的结果就是对结果进行排序之后的了,如下:
忍受了固定大小的array之后,我们请向后扩展的数组vector粉墨登场。
vector的特点就是,在后面添加元素,也就是push_back函数的性能好。但是在前面和中间的性能就要引起其后的元素向后移动。
我们来个push_back的例子:
迭代器和算法的用法和array一模一样:
deque是既可以在后面push_back,也可以在前面加元素push_front.
迭代和算法使用,还是跟array和vector都一样。
list的能力更强了,不但支持push_back和push_front,还支持中间插入insert,可以在迭代器的某个位置之前插入元素。
单向链表forward list的能力在list的基础上反而是受到了限制,只能向前,不能向后。所以在forward list中是没有push_back函数的。
set通常使用红黑树来实现。
有序结构不是存储顺序的结构,所以push_back之类的就没有意义了,只要有个insert就可以了。
而unordered_set通常采用哈希表来实现。
但是集合元素值一旦放进去,就不能直接修改了,否则排序就会乱掉。
我们来看个例子:
输出是这样的:
从上面的输出可以看到,set是严格按字母顺序排序的。而unordered_set就没有这么讲究了,map还排在multiset之后。
元素可以重复,其余跟集合基本一致。
其实跟集合差不多,就是把元素换成std::pair了而己。
我们来看例子:
输出如下:
map是严格按key值排序的,而unordered_map这个哈希表当然就没有这么严格了。
值重复的排序树和哈希表,就不多说了。
我们用这么少的篇幅,其实已经把stl的主要容器都给大家介始完了。同时,大家也体会到了迭代器和算法的作用。所以大家应该有信心,我们是可以学完整个c++标准库的。
常用容器:
vector:变长数组,用push_back增加新元素。
list:双向链表,可以使用push_back,push_front和insert
unordered_set:集合,insert元素
unordered_map:哈希表,insert std::pair
经常要用到排序的,就用set或者map。
有两端操作需求的,可以用deque,它支持push_back和push_front,但是不支持insert。
要求元素重复的,记得set和map都有重复元素版本。
c++11提供了改进的for循环,可以很好地包装迭代器。
算法是操作容器的通用工具。
最后小小补充一下算法的思想,它是跟面向对象设计的思想是完全相反的。oop的思想是将对象的属性和函数封装在一起,形成对象。但是算法的思想是与容器对象无关,将通用的操作抽象出来。
好了,这讲就这么多。