C++ 標準庫可以分為兩部分：

• 標準函數庫： 這個庫是由通用的、獨立的、不屬于任何類的函數組成的。函數庫繼承自 C 語言。
• 面向對象類庫： 這個庫是類及其相關函數的集合。

C++ 標準庫包含了所有的 C 標準庫，為了支持類型安全，做了一定的添加和修改。

標準函數庫

標準函數庫分為以下幾類：

• 輸入/輸出 I/O
• 字符串和字符處理
• 數學
• 時間、日期和本地化
• 動態分配
• 其他
• 寬字符函數

面向對象類庫
標準的 C++ 面向對象類庫定義了大量支持一些常見操作的類，比如輸入/輸出 I/O、字符串處理、數值處理。面向對象類庫包含以下內容：

• 標準的 C++ I/O 類
• String 類
• 數值類
• STL 容器類
• STL 算法
• STL 函數對象
• STL 迭代器
• STL 分配器
• 本地化庫
• 異常處理類
• 雜項支持庫

簡單地說，標準模板庫（ STL ）是一組模板類和函數，向程序員提供了：

• 用于存儲信息的容器；
• 用于訪問容器存儲的信息的迭代器；
• 用于操作容器內容的算法。

1. STL 容器

容器是用于存儲數據的 STL 類， STL 提供了兩種類型的容器類：

• 順序容器；
• 關聯容器。

另外， STL 還提供了被稱為容器適配器（Container Adapter）的類，它們是順序容器和關聯容器的變種，包含的功能有限，用于滿足特殊的需求。

1.1 順序容器

顧名思義，順序容器按順序存儲數據，如數組和列表。順序容器具有插入速度快但查找操作相對較慢的特征。

STL 順序容器如下所示。

• std::vector ：操作與動態數組一樣，在最后插入數據；可將 vector 視為書架，您可在一端添加和拿走圖書。

• std::deque ：與 std::vector 類似，但允許在開頭插入或刪除元素。

• std::list ：操作與雙向鏈表一樣。可將它視為鏈條，對象被連接在一起，您可在任何位置添加或刪除對象。

• std::forward_list ：類似于 std::list ，但是單向鏈表，只能沿一個方向遍歷。

STL vector 類與數組類似，允許隨機訪問元素，即可使用下標運算符 [] 指定元素在 vector 中的位置（索引），從而直接訪問或操作元素。另外， STL vector 是動態數組，因此能夠根據應用程序在運行階段的需求自動調整長度。

為保留數組能夠根據位置隨機訪問元素的特征，大多數 STL vector 實現都將所有元素存儲在連續的存儲單元中，因此需要調整長度的 vector 通常會降低應用程序的性能，這取決于它包含的對象類型。

可將 STL list 類視為普通鏈表的 STL 實現。雖然 list 中的元素不能像 STL vector 中的元素那樣隨機訪問，但 list 可使用不連續的內存塊組織元素，因此它不像 std::vector 那樣需要給內部數組重新分配內存，進而導致性能問題。

1.2 關聯容器

關聯容器按指定的順序存儲數據，就像詞典一樣。這將降低插入數據的速度，但在查詢方面有很大的優勢。

STL 提供的關聯容器如下所示。

• std::set ：存儲各不相同的值，在插入時進行排序；容器的復雜度為對數。
• std::unordered_set ：存儲各不相同的值，在插入時進行排序；容器的復雜度為常數。這種容器是 C++11 新增的。
• std::map ：存儲鍵-值對，并根據唯一的鍵排序；容器的復雜度為對數。
• std::unordered_map ：存儲鍵-值對，并根據唯一的鍵排序；容器的復雜度為對數。這種容器是 C++11 新增的。
• std::multiset ：與 set 類似，但允許存儲多個值相同的項，即值不需要是唯一的。
• std::unordered_multiset ：與 unordered_set 類似，但允許存儲多個值相同的項，即值不需要是唯一的。這種容器是 C++11 新增的。
• std::multimap ：與 map 類似，但不要求鍵是唯一的。
• std::unordered_multimap ：與 unordered_map 類似，但不要求鍵是唯一的。這種容器是 C++11 新增的。

1.3 容器適配器

容器適配器（Container Adapter）是順序容器和關聯容器的變種，其功能有限，用于滿足特定的需求。主要的適配器類如下所示。

• std::stack ：以 LIFO （后進先出）的方式存儲元素，讓您能夠在棧頂插入（壓入）和刪除（彈出）元素。
• std::queue ：以 FIFO （先進先出）的方式存儲元素，讓您能夠刪除最先插入的元素。
• std::priority_queue ：以特定順序存儲元素，因為優先級最高的元素總是位于隊列開頭。

2. STL 迭代器

最簡單的迭代器是指針。給定一個指向數組中的第一個元素的指針，可遞增該指針使其指向下一個元素，還可直接對當前位置的元素進行操作。

STL 中的迭代器是模板類，從某種程度上說，它們是泛型指針。這些模板類讓程序員能夠對 STL 容器進行操作。注意，操作也可以是以模板函數的方式提供的 STL 算法，迭代器是一座橋梁，讓這些模板函數能夠以一致而無縫的方式處理容器，而容器是模板類。

STL 提供的迭代器分兩大類。

• 輸入迭代器：通過對輸入迭代器解除引用，它將引用對象，而對象可能位于集合中。最嚴格的輸入迭代器確保只能以只讀的方式訪問對象。

• 輸出迭代器：輸出迭代器讓程序員對集合執行寫入操作。最嚴格的輸出迭代器確保只能執行寫入操作。

上述兩種基本迭代器可進一步分為三類。

• 前向迭代器：這是輸入迭代器和輸出迭代器的一種細化，它允許輸入與輸出。前向迭代器可以是 const 的，只能讀取它指向的對象；也可以改變對象，即可讀寫對象。前向迭代器通常用于單向鏈表。
• 雙向迭代器：這是前向迭代器的一種細化，可對其執行遞減操作，從而向后移動。雙向迭代器通常用于雙向鏈表。
• 隨機訪問迭代器：這是對雙向迭代器的一種細化，可將其加減一個偏移量，還可將兩個迭代器相減以得到集合中兩個元素的相對距離。隨機訪問迭代器通常用于數組。

3. STL 算法

查找、排序和反轉等都是標準的編程需求，不應讓程序員重復實現這樣的功能。因此 STL 以 STL 算法的方式提供這些函數，通過結合使用這些函數和迭代器，程序員可對容器執行一些最常見的操作。

最常用的 STL 算法如下所示。

• std::find ：在集合中查找值。
• std::find_if ：根據用戶指定的謂詞在集合中查找值。
• std::reverse ：反轉集合中元素的排列順序。
• std::remove_if ：根據用戶定義的謂詞將元素從集合中刪除。
• std::transform ：使用用戶定義的變換函數對容器中的元素進行變換。

這些算法都是 std 命名空間中的模板函數，要使用它們，必須包含標準頭文件 <algorithm> 。

4. 迭代器在容器和算法之間交互

下面程序使用了 STL 順序容器 std::vector （它類似于動態數組）來存儲一些整數，再使用 std::find 算法在集合中查找一個整數。請注意迭代器是如何在這兩者之間搭建橋梁的。

#include <iostream>
#include <vector>
#include <algorithm>
using namespace std;int main ()
{// A dynamic array of integersvector <int> intArray;// Insert sample integers into the arrayintArray.push_back (50);intArray.push_back (2991);intArray.push_back (23);intArray.push_back (9999);cout << "The contents of the vector are: " << endl;// Walk the vector and read values using an iteratorvector <int>::iterator arrIterator = intArray.begin ();while (arrIterator != intArray.end ()){// Write the value to the screencout << *arrIterator << endl;// Increment the iterator to access the next element++ arrIterator;}// Find an element (say 2991) using the 'find' algorithmvector <int>::iterator elFound = find (intArray.begin () , intArray.end (), 2991);// Check if value was foundif (elFound != intArray.end ()){// Determine position of element using std::distanceint elPos = distance (intArray.begin (), elFound);cout << "Value "<< *elFound;cout << " found in the vector at position: " << elPos << endl;}return 0;
}

輸出結果：

The contents of the vector are: 
50
2991
23
9999
Value 2991 found in the vector at position: 1

上述代碼演示了如何使用迭代器遍歷向量。迭代器是一個接口，將算法（ find ）連接到其要操作的數據所屬的容器（如 vector ）。

第 20 行聲明了迭代器對象 arrIterator ，并將其初始化為指向容器開頭，即 vector 的成員函數 begin() 返回的值。

第 22～29 行演示了如何在循環中使用該迭代器遍歷并顯示 vector 包含的元素，這與顯示靜態數組的內容極其相似。迭代器的用法在所有 STL 容器中都相同。

所有容器都提供了 begin() 函數和 end() 函數，其中前者指向第一個元素，后者指向容器中最后一個元素的后面。這就是第 22 行的 while 循環在 end() 前面而不是 end() 處結束的原因。

第 32 行演示了如何使用 find 在 vector 中查找值。 find 操作的結果也是一個迭代器，通過將該迭代器與容器末尾進行比較，可判斷 find 是否成功，如第 36 行所示。如果找到了元素，便可對該迭代器解除引用（就像對指針解除引用一樣）以顯示該元素。

算法 distance 計算找到的元素的所處位置的偏移量。上述代碼所有的 vector 都替換為 deque ，代碼仍能通過編譯并完美地運行。這表明迭代器讓您能夠輕松地使用算法和容器。

5. STL 容器類特點

6. STL 字符串類

STL 提供了一個專門為操縱字符串而設計的模板類： std::basic_string<T> ，該模板類的兩個常用具體化如下所示。

• std::string ：基于 char 的 std::basic_string 具體化，用于操縱簡單字符串。
• std::wstring ：基于 wchar_t 的 std::basic_string 具體化，用于操縱寬字符串，通常用于存儲支持各種語言中符號的 Unicode 字符。

總結

以上是生活随笔為你收集整理的C++ 笔记（19）— 标准模板库（STL容器、STL迭代器、STL算法、STL容器特点、STL字符串类）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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