13天带你了解C++ ---DAY8 C++之STL简介

目录

1.STL概念

1.1STL六大组件

2.容器

3.算法

4.迭代器

5.仿函数

6.适配器

7.空间配置器

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1.STL概念

        我们在使用C语言时，完成一个功能需要从头开始实现函数，这就造成了效率低下的问题，所以在c++中引入了STL库，为开发者提供以模板形式封装好的数据结构和算法，提高开发者的代码复用率，同时提高开发效率。 

        STL汉化过来是标准模板库，是惠普实验室开发的一系列软件的统称，现在主要使用在C++中，但是他的出现其实是早于C++的。

1.1STL六大组件

STL的六大组件分别是：

        容器、迭代器、仿函数、适配器（配接器）、空间配置器。

2.容器

                容器分为序列式容器和关联式容器，即线性和非线性的数据结构。

                序列式容器强调元素存在的顺序，内部通过链表，顺序表、栈和队列实现。它主要强调控制元素存储和顺序访问的能力。C++的序列式容器vector,deque,list,forward_list,string几种。

                关联式容器通过树型结构实现，主要强调存储键值对，并不强调元素顺序,而是强调检索效率。C++的关联式容器有map,set,multimap,multiset。

3.算法

        各种常用的算法，比如find,sort,for_each等，它们都是以函数模板的方式实现的，所以我需要按照函数模板的方式调用。

         STL算法主要由头文件,,组成。所以我们在使用时需要包含头文件，数值算法须包含，中则定义了一些模板类，用来声明函数对象。

 STL中算法大致分为四类：
        非可变序列算法：指不直接修改其所 *** 作的容器内容的算法。
        可变序列算法：指可以修改它们所 *** 作的容器内容的算法。
        排序算法：包括对序列进行排序和合并的算法、搜索算法以及有序序列上的集合 *** 作。
        数值算法：对容器内容进行数值计算。

   具体算法内容可以参考C++官方文档

4.迭代器

        迭代器（iterator）是一种概念上通用的指针，它不仅能够遍历线性容器，还能遍历非线性容器，听起来很神奇吧。实际上每个容器内部都定义了自己的迭代器，不过是在封装的时候对外暴露出相同的接口名，底层实现每个容器的迭代器都有自己的实现方式。

        所以这也就解释了，为什么可以使用for循环加迭代器直接遍历map这种非线性结构中的元素，此处的迭代器底层是和顺序表底层完全不同的。

        迭代器的引入意义很大，比如它具有遍历复杂数据结构的能力，比如它可以把抽象容器和通用算法有机的统一起来。各种容器迭代器的接口相同，具体型号却不同，这非常符合泛型编程的思想。

5.仿函数

        仿函数即仿照的函数，表示它功能与函数类似但并不是真正的函数，它是一个函数对象。在C++中它通过重载函数调用运算符即 （）运算符。在仿函数的类中，通常不需要定义构造函数和析构函数，这将由系统帮我们自动完成。我们最好将重载（）的函数定义为常函数，这表明我们并不会改变传入的参数，避免一些麻烦。

🚀🚀🚀举个例子,比较是否大于5

class compare{
public:
    const int num;
     bool operator()(const int a) {
     return a>num;
 }
}

int main(){
    vector v{1,2,3,4,5,6,7,8,9,10};
    int ans=count_if(v.begin(),v.end(),compare (5));   //创建了一个匿名对象
    printf("%d",ans);

    return 0;
}

         结论：c++算法中使用了大量的仿函数，因为它有很多优点，比如它可以有成员变量和成员函数，可以有状态，比如相比于普通函数它可以提高效率。STL库中也提供了很多仿函数。

6.适配器

        现在很多人都有3.5mm转type-c口的耳机转接头，它就是现实中的适配器，因为市面上很大一部分耳机都是3.5mm口，而手机是type-c口，我们想到的方法就是买一个适配器，因为这样成本最低。

        软件开发也是同样的道理，假如想将两个已经成熟的系统合并在一起，一种方法是将所有方法拆开重新实现，另一种方法是写一个适配器，进行接口封装转换，非常节省成本。

        适配器是一种设计模式，该种设计模式将一个类的接口转化成客户希望的另一个接口。C++标准库提供了三种顺序容器适配器：queue(FIFO队列)、priority_queue(优先级队列)、stack(栈)，比如list中实现了正向迭代器和反向迭代器，那么反向迭代器就可以看成正向迭代器的适配器。

7.空间配置器

        

        侯捷在《STL源码剖析》中写到，“以STL运用的角度而言，空间配置器是最不需要介绍的，它总是藏在一切组件的背后，默默工作。整个STL的 *** 作对象都存放在容器之中（vertor、list），而容器一定需要配置空间以放置资料，这就是空间配置器的作用。”

        初入门的程序员不必去深究底层原理，当你技术娴熟，想要自己实现内存池的时候可以来参考学习一下。我在此买描述一下大致的原理，我们在使用new和delete *** 作时，编译器首先会调用operator new *** 作和operator delete *** 作，它们再调用底层封装的malloc *** 作free *** 作，然后调用构造函数和析构函数。

        在频繁申请和释放小内存时，如果我们每次都调用malloc开辟空间，效率会很低，所以STL引入了空间配置器，可以理解为辅助分配内存。以SGI STL的双层配置器来说，第一层直接使用malloc和free,第二层使用内存池设计。当申请的内存大于128字节时，直接使用malloc开辟内存，如果申请的空间小于128字节时，使用内存池申请和释放空间。

        这个内存池实际上就是提前申请好一块空间，将这块空间切分成一块一块，使用链表穿在一起，申请空间时，使用头删法从链表中拿空间，资源释放空间后又使用头插法挂回链表上，由于是从链表上拿空间，极大的提高了申请和释放内存的效率。

        总结：当然它们内部原理比我描述的复杂的多，我只是为了方便大家理解，提炼了一些主要步骤。