C++模板与STL【STL概述】

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🔥 系列专栏：C++从基础到进阶

🌏1 STL概述

🍉1.1 STL的诞生

  • 长久以来，软件界一直希望建立一种可重复利用的东西

  • C++的面向对象和泛型编程思想，目的就是复用性的提升

  • 大多情况下，数据结构和算法都未能有一套标准,导致被迫从事大量重复工作

  • 为了建立数据结构和算法的一套标准,诞生了STL

🍉1.2 STL基本概念

  • STL(Standard Template Library,标准模板库)
  • STL 从广义上分为: 容器(container) 算法(algorithm) 迭代器(iterator)
  • 容器和算法之间通过迭代器进行无缝连接。
  • STL 几乎所有的代码都采用了模板类或者模板函数

🍉1.3 STL六大组件

STL大体分为六大组件，分别是:容器、算法、迭代器、仿函数、适配器（配接器）、空间配置器

  1. 容器：各种数据结构，如vector、list、deque、set、map等,用来存放数据。
  2. 算法：各种常用的算法，如sort、find、copy、for_each等
  3. 迭代器：扮演了容器与算法之间的胶合剂。
  4. 仿函数：行为类似函数，可作为算法的某种策略。
  5. 适配器：一种用来修饰容器或者仿函数或迭代器接口的东西。
  6. 空间配置器：负责空间的配置与管理。

🍉1.4 STL中容器、算法、迭代器

算法要通过迭代器才可以访问容器里面的数据

**容器：**置物之所也

STL容器就是将运用最广泛的一些数据结构实现出来

常用的数据结构：数组, 链表,树, 栈, 队列, 集合, 映射表 等

这些容器分为序列式容器和关联式容器两种:

​ 序列式容器:强调值的排序，序列式容器中的每个元素均有固定的位置。
​ 关联式容器:二叉树结构，各元素之间没有严格的物理上的顺序关系

**算法：**问题之解法也

有限的步骤，解决逻辑或数学上的问题，这一门学科我们叫做算法(Algorithms)

算法分为:质变算法和非质变算法。

质变算法：是指运算过程中会更改区间内的元素的内容。例如拷贝，替换，删除等等

非质变算法：是指运算过程中不会更改区间内的元素内容，例如查找、计数、遍历、寻找极值等等

**迭代器：**容器和算法之间粘合剂

提供一种方法，使之能够依序寻访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。

每个容器都有自己专属的迭代器

迭代器使用非常类似于指针，初学阶段我们可以先理解迭代器为指针

迭代器种类：

种类功能支持运算
输入迭代器对数据的只读访问只读，支持++、==、！=
输出迭代器对数据的只写访问只写，支持++
前向迭代器读写操作，并能向前推进迭代器读写，支持++、==、！=
双向迭代器读写操作，并能向前和向后操作读写，支持++、–，
随机访问迭代器读写操作，可以以跳跃的方式访问任意数据，功能最强的迭代器读写，支持++、–、[n]、-n、<、<=、>、>=

常用的容器中迭代器种类为双向迭代器，和随机访问迭代器

🍉1.5 容器算法迭代器初识

了解STL中容器、算法、迭代器概念之后，我们利用代码感受STL的魅力

STL中最常用的容器为Vector，可以理解为数组，下面我们将学习如何向这个容器中插入数据、并遍历这个容器

🥕1.5.1 vector存放内置数据类型

容器： vector

算法： for_each

迭代器： vector<int>::iterator

示例：

#include <vector>
#include <algorithm>

void MyPrint(int val)
{
	cout << val << endl;
}

void test01() {

	//创建vector容器对象，并且通过模板参数指定容器中存放的数据的类型
	vector<int> v;
	//向容器中放数据
	v.push_back(10);
	v.push_back(20);
	v.push_back(30);
	v.push_back(40);

	//每一个容器都有自己的迭代器，迭代器是用来遍历容器中的元素
	//v.begin()返回迭代器，这个迭代器指向容器中第一个数据
	//v.end()返回迭代器，这个迭代器指向容器元素的最后一个元素的下一个位置
	//vector<int>::iterator 拿到vector<int>这种容器的迭代器类型

	vector<int>::iterator pBegin = v.begin(); //指向容器中第一个元素
	vector<int>::iterator pEnd = v.end(); //指向容器中最后一个元素的下一个位置

	//第一种遍历方式：
	while (pBegin != pEnd) {
		cout << *pBegin << endl; //迭代器与指针类似，访问迭代器的数据要用*来解引用
		pBegin++;
	}

	
	//第二种遍历方式：
	for (vector<int>::iterator it = v.begin(); it != v.end(); it++) {
		cout << *it << endl;
	}
	cout << endl;

	//第三种遍历方式：
	//使用STL提供标准遍历算法  头文件 algorithm
	for_each(v.begin(), v.end(), MyPrint);
    //for_each的底层是将迭代器的指针指向的数据作为参数传入MyPrint()函数，MyPrint函数进行输出（回调技术）
}

int main() {

	test01();

	system("pause");

	return 0;
}
🥕1.5.2 Vector存放自定义数据类型

学习目标：vector中存放自定义数据类型，并打印输出

示例：

#include <vector>
#include <string>

//自定义数据类型
class Person {
public:
	Person(string name, int age) {
		mName = name;
		mAge = age;
	}
public:
	string mName;
	int mAge;
};
//存放对象
void test01() {

	vector<Person> v;

	//创建数据
	Person p1("aaa", 10);
	Person p2("bbb", 20);
	Person p3("ccc", 30);
	Person p4("ddd", 40);
	Person p5("eee", 50);

	v.push_back(p1);
	v.push_back(p2);
	v.push_back(p3);
	v.push_back(p4);
	v.push_back(p5);

	for (vector<Person>::iterator it = v.begin(); it != v.end(); it++) {
		cout << "Name:" << (*it).mName << " Age:" << (*it).mAge << endl;
		//也可以使用it->mName来访问。it可以理解为是一个Person的指针
	}
}


//放对象指针
void test02() {

	vector<Person*> v;

	//创建数据
	Person p1("aaa", 10);
	Person p2("bbb", 20);
	Person p3("ccc", 30);
	Person p4("ddd", 40);
	Person p5("eee", 50);

	v.push_back(&p1);
	v.push_back(&p2);
	v.push_back(&p3);
	v.push_back(&p4);
	v.push_back(&p5);

	for (vector<Person*>::iterator it = v.begin(); it != v.end(); it++) {
        //it可以理解为是Person *的指针（指针的指针）
		Person * p = (*it);
		cout << "Name:" << p->mName << " Age:" << (*it)->mAge << endl;
	}
}


int main() {

	test01();
    
	test02();

	system("pause");

	return 0;
}
🥕1.5.3 Vector容器嵌套容器

学习目标：容器中嵌套容器，我们将所有数据进行遍历输出

示例：

#include <vector>

//容器嵌套容器
void test01() {

	vector< vector<int> >  v;

	vector<int> v1;
	vector<int> v2;
	vector<int> v3;
	vector<int> v4;

	for (int i = 0; i < 4; i++) {
		v1.push_back(i + 1);
		v2.push_back(i + 2);
		v3.push_back(i + 3);
		v4.push_back(i + 4);
	}

	//将容器元素插入到vector v中
	v.push_back(v1);
	v.push_back(v2);
	v.push_back(v3);
	v.push_back(v4);


	for (vector<vector<int> >::iterator it = v.begin(); it != v.end(); it++) {
		//注意嵌套容器不要写为vector<vector<int>>，而要写为vector<vector<int> >，不然会被编译器视为>>运算符
		for (vector<int>::iterator vit = (*it).begin(); vit != (*it).end(); vit++) {
			cout << *vit << " ";
		}
		cout << endl;
	}

}

int main() {

	test01();

	system("pause");

	return 0;
}

🕮 2总结

在代码的舞台上，C++翩翩起舞。

纵观代码的山川大地，无边的可能在眼前延展， C++，是智慧的风，吹动着科技的帆船。

用韵律的二进制，谱写着自由的交响曲， C++，是数字艺术的荣光，闪烁在信息的星空。

愿C++永远如诗，激励创造者的灵感。

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