STL六大組件簡介

1、容器（Containers）：各種數據結構，如Vector,List,Deque,Set,Map,用來存放數據，STL容器是一種Class Template,就體積而言，這一部分很像冰山載海面的比率。
2、算法（Algorithms）：各種常用算法如Sort,Search,Copy,Erase,從實現的角度來看，STL算法是一種Function Templates。
3、迭代器（Iterators）：扮演容器與算法之間的膠合劑，是所謂的“泛型指針”，共有五種類型，以及其它衍生變化，從實現的角度來看，迭代器是一種將：Operators*,Operator->,Operator++,Operator--等相關操作予以重載的Class Template。所有STL容器都附帶有自己專屬的迭代器——是的，只有容器設計者才知道如何遍歷自己的元素，原生指針（Native pointer）也是一種迭代器。
4、仿函數（Functors）： 行為類似函數，可作為算法的某種策略（Policy）,從實現的角度來看，仿函數是一種重載了Operator()的Class?或?Class Template。一般函數指針可視為狹義的仿函數。
5、配接器（適配器）（Adapters）：一種用來修飾容器（Containers）或仿函數（Functors）或迭代器（Iterators）接口的東西，例如：STL提供的Queue和Stack，雖然看似容器，其實只能算是一種容器配接器，因為 它們的底部完全借助Deque，所有操作有底層的Deque供應。改變Functor接口者，稱為Function Adapter;改變Container接口者，稱為Container Adapter;改變Iterator接口者，稱為Iterator Adapter。配接器的實現技術很難一言蔽之，必須逐一分析。
6、分配器（Allocators）：負責空間配置與管理，從實現的角度來看，配置器是一個實現了動態空間配置、空間管理、空間釋放的Class Template。

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ??——《STL源碼剖析》

這六大組件的交互關系：container（容器）?通過?allocator（配置器）?取得數據儲存空間，algorithm（算法）通過?iterator（迭代器）存取?container（容器）?內容，functor（仿函數）?可以協助?algorithm（算法）?完成不同的策略變化，adapter（配接器）?可以修飾或套接?functor（仿函數）。

一、STL簡介

（一）、泛型程序設計

泛型編程（generic programming）
將程序寫得盡可能通用
將算法從數據結構中抽象出來，成為通用的
C++的模板為泛型程序設計奠定了關鍵的基礎

（二）、什么是STL

1、STL（Standard Template Library），即標準模板庫，是一個高效的C++程序庫。
2、包含了諸多在計算機科學領域里常用的基本數據結構和基本算法。為廣大C++程序員們提供了一個可擴展的應用框架，高度體現了軟件的可復用性

3、從邏輯層次來看，在STL中體現了泛型化程序設計的思想（generic programming）

在這種思想里，大部分基本算法被抽象，被泛化，獨立于與之對應的數據結構，用于以相同或相近的方式處理各種不同情形。

4、從實現層次看，整個STL是以一種類型參數化（type parameterized）的方式實現的

基于模板(template)

二、STL組件

Container(容器) 各種基本數據結構

Adapter(適配器) 可改變containers、Iterators或Function object接口的一種組件

Algorithm(算法) 各種基本算法如sort、search…等

Iterator(迭代器) 連接containers和algorithms

Function object(函數對象)?

Allocator(分配器)

（一）、容器

容器類是容納、包含一組元素或元素集合的對象
七種基本容器：

向量（vector）、雙端隊列（deque）、列表（list）、集合（set）、多重集合（multiset）、映射（map）和多重映射（multimap）

標準容器的成員絕大部分都具有共同的名稱

序列式容器

序列式容器Sequence containers,其中每個元素均有固定位置——取決于插入時機和地點，和元素值無關。（vector、deque、list）

關聯式容器

關聯式容器Associative containers，元素位置取決于特定的排序準則以及元素值，和插入次序無關。（set、multiset、map、multimap）

1、需要頻繁在序列中間位置上進行插入和/或刪除操作且不需要過多地在序列內部進行長距離跳轉，應該選擇list

2、vector頭部與中間插入刪除效率較低，在尾部插入與刪除效率高。

3、deque是在頭部與尾部插入與刪除效率較高

set/map/multiset/multimap?

? ? set，同map一樣，所有元素都會根據元素的鍵值自動被排序，因為set/map兩者的所有各種操作，都只是轉而調用RB-tree的操作行為，不過，值得注意的是，兩者都不允許兩個元素有相同的鍵值。

? ? 不同的是：set的元素不像map那樣可以同時擁有實值(value)和鍵值(key)，set元素同時擁有實值和鍵值，且實值就是鍵值，鍵值就是實值，而map的所有元素都是pair，同時擁有實值(value)和鍵值(key)，pair的第一個元素被視為鍵值，第二個元素被視為實值。
? ? 至于multiset/multimap，他們的特性及用法和set/map完全相同，唯一的差別就在于它們允許鍵值重復，即所有的插入操作基于RB-tree的insert_equal()而非insert_unique()。In computer science, a multimap (sometimes also multihash) is a generalization of a map or associative array
abstract data type in which more than one value may be associated with and returned for a given key.

摘自 sgi stl 紅黑樹數據結構定義:

C++ Code?

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33

typedef?bool?_Rb_tree_Color_type; const?_Rb_tree_Color_type?_S_rb_tree_red?=?false; const?_Rb_tree_Color_type?_S_rb_tree_black?=?true; ? struct?_Rb_tree_node_base { ??typedef?_Rb_tree_Color_type?_Color_type; ??typedef?_Rb_tree_node_base*?_Base_ptr; ? ??_Color_type?_M_color; ??_Base_ptr?_M_parent; ??_Base_ptr?_M_left; ??_Base_ptr?_M_right; ? ??static?_Base_ptr?_S_minimum(_Base_ptr?__x) ??{ ????while?(__x->_M_left?!=?0)?__x?=?__x->_M_left; ????return?__x; ??} ? ??static?_Base_ptr?_S_maximum(_Base_ptr?__x) ??{ ????while?(__x->_M_right?!=?0)?__x?=?__x->_M_right; ????return?__x; ??} }; ? template?<class?_Value> struct?_Rb_tree_node?:?public?_Rb_tree_node_base { ??typedef?_Rb_tree_node<_Value>*?_Link_type; ??_Value?_M_value_field; };

hash_set/hash_map/hash_multiset/hash_multimap

? ? hash_set/hash_map，兩者的一切操作都是基于hashtable之上。不同的是，hash_set同set一樣，同時擁有實值和鍵值，且實值就是鍵值，鍵值就是實值，而hash_map同map一樣，每一個元素同時擁有一個實值(value)和一個鍵值(key)，所以其使用方式，和上面的map基本相同。但由于hash_set/hash_map都是基于hashtable之上，所以不具備自動排序功能。為什么? 因為hashtable沒有自動排序功能。
? ? 至于hash_multiset/hash_multimap的特性與上面的multiset/multimap完全相同，唯一的差別就是它們hash_multiset/hash_multimap的底層實現機制是hashtable(而multiset/multimap，上面說了，底層實現機制是RB-tree)，所以它們的元素都不會被自動排序，不過也都允許鍵值重復。

? ? 所以說白了，什么樣的結構決定其什么樣的性質，因為set/map/multiset/multimap都是基于RB-tree之上，所以有自動排序功能，而hash_set/hash_map/hash_multiset/hash_multimap都是基于hashtable之上，所以不含有自動排序功能，至于加個前綴multi_無非就是允許鍵值重復而已。

std::tr1::unordered_map 是無序哈希表，但操作效率要比 std::map、std::hash_map、?__gnu_cxx::hash_map 都要高，可以研究一下。

（二）、迭代器

1、迭代器Iterators，用來在一個對象群集（collection of objects）的元素上進行遍歷。這個對象群集或許是個容器，或許是容器的一部分。迭代器的主要好處是，為所有容器提供了一組很小的公共接口。迭代器以++進行累進，以*進行提領，因而它類似于指針，我們可以把它視為一種smart pointer
2、比如++操作可以遍歷至群集內的下一個元素。至于如何做到，取決于容器內部的數據組織形式。
3、每種容器都提供了自己的迭代器，而這些迭代器能夠了解容器內部的數據結構。

（三）、算法

算法Algorithms，用來處理群集內的元素。它們可以出于不同的目的而搜尋、排序、修改、使用那些元素。通過迭代器的協助，我們可以只需編寫一次算法，就可以將它應用于任意容器，這是因為所有的容器迭代器都提供一致的接口。

（四）、適配器

1、適配器是一種接口類

為已有的類提供新的接口

目的是簡化、約束、使之安全、隱藏或者改變被修改類提供的服務集合

2、三種類型的適配器：

容器適配器：用來擴展7種基本容器，它們和順序容器相結合構成棧、隊列和優先隊列容器

迭代器適配器（反向迭代器、插入迭代器、IO流迭代器）

函數適配器（函數對象適配器、成員函數適配器、普通函數適配器）

（五）、函數對象

1、函數對象（function object）也稱為仿函數（functor）
2、一個行為類似函數的對象，它可以沒有參數，也可以帶有若干參數。
3、任何重載了調用運算符operator()的類的對象都滿足函數對象的特征
4、函數對象可以把它稱之為smart function。
5、STL中也定義了一些標準的函數對象，如果以功能劃分，可以分為算術運算、關系運算、邏輯運算三大類。為了調用這些標準函數對象，需要包含頭文件<functional>。

（六）、分配器

負責空間配置與管理。從實現的角度來看，配置器是一個實現了動態空間配置、空間管理、空間釋放的class template。

隱藏在這些容器后的內存管理工作是通過STL提供的一個默認的allocator實現的。當然，用戶也可以定制自己的allocator，只要實現allocator模板所定義的接口方法即可，然后通過將自定義的allocator作為模板參數傳遞給STL容器，創建一個使用自定義allocator的STL容器對象，如：
? ? stl::vector<int, UserDefinedAllocator> array;
? ? 大多數情況下，STL默認的allocator就已經足夠了。這個allocator是一個由兩級分配器構成的內存管理器，當申請的內存大小大于128byte時，就啟動第一級分配器通過malloc直接向系統的堆空間分配，如果申請的內存大小小于128byte時，就啟動第二級分配器，從一個預先分配好的內存池中取一塊內存交付給用戶，這個內存池由16個不同大小（8的倍數，8~128byte）的空閑列表組成，allocator會根據申請內存的大小（將這個大小round up成8的倍數）從對應的空閑塊列表取表頭塊給用戶。

這種做法有兩個優點：
? ?（1)小對象的快速分配。小對象是從內存池分配的，這個內存池是系統調用一次malloc分配一塊足夠大的區域給程序備用，當內存池耗盡時再向系統申請一塊新的區域，整個過程類似于批發和零售，起先是由allocator向總經商批發一定量的貨物，然后零售給用戶，與每次都向總經商要一個貨物再零售給用戶的過程相比，顯然是快捷了。當然，這里的一個問題時，內存池會帶來一些內存的浪費，比如當只需分配一個小對象時，為了這個小對象可能要申請一大塊的內存池，但這個浪費還是值得的，況且這種情況在實際應用中也并不多見。
? ?(2)避免了內存碎片的生成。程序中的小對象的分配極易造成內存碎片，給操作系統的內存管理帶來了很大壓力，系統中碎片的增多不但會影響內存分配的速度，而且會極大地降低內存的利用率。以內存池組織小對象的內存，從系統的角度看，只是一大塊內存池，看不到小對象內存的分配和釋放。

參考：

C++ primer 第四版
Effective C++ 3rd
C++編程規范

總結

以上是生活随笔為你收集整理的STL6大标准库的关系和作用的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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