C++ STL应用与实现1: STL概览和分类

Posted 2022-07-29 elloop

本系列文章的目录在这里：目录. 通过目录里可以对STL总体有个大概了解

前言

本文从整体上对STL的内容和功能做了一个概览，并根据其组成部分功能的不同对STL的组件进行分类。

在后续的文章中会对每个分类中的组件进行展开说明。

容器-container

1. 序列式容器(sequence containers)

• array(since c++11) : 定长数组, 编译时确定长度，对内置数组[]的封装，让其可以当做标准容器来使用. 也可以被当做tuple.

• vector : 动态数组, 较array，容量可扩展、缩小. 随机访问，顺序存储。插入删除较链表低效.

• vector<bool> : vector的bool特化版本，优化存储空间占用.

• forward_list(since c++11) : 单链表, 纯粹从效率角度设计，甚至没有size函数，较list占用存储空间小，插入删除也略快.

• list : 双向链表, 较list，可双向遍历，较顺序存储容器，插入删除效率更高.

• deque : 双端动态数组, 较vector，支持push_front(), pop_front()

2. 关联式容器(associative containers)

• set(multiset) : 有序集合， key == value, 不可修改.

• map(multimap) : 有序集合， paire(key, value), key不可修改

3. 哈希表(hash table) (since c++11)

• unordered_set(unordered_multiset)(since c++11) : 无序集合，key == value, 特性与unordered_map类似

• unordered_map(unordered_multimap)(since c++11) : 无序集合，单独访问某个元素较快，从头到尾遍历效率会低于map

4. 容器适配器(container adapters)

• stack : 栈

• queue : 队列

• priority_queue : 优先队列

• bitset : 优先队列

迭代器-iterator

迭代器是一种表示容器位置信息的对象。

前向迭代器 (forward iterator) : forward_list::iterator, unorderd associative containers at least support forward iterator.

双向迭代器 (bidirectional iterator) : iterators of list , set, multiset, map, multimap.

随机迭代器 (random-access iterator) : iterators of vector, deque, array, strings.

迭代器辅助函数

迭代器适配器

算法-algorithm

非变动类算法(nonmodifying algorithms)

变动类算法(modifying algorithms)

移除类算法(removing algorithms)

变序类算法(mutating algorithms)

排序类算法(sorting algorithms)

已序区间类算法(sorted range algorithms)

数值类算法(numerci algorithms)

函数对象-function objects (or functors for short)

预定义函数对象 (predefined function objects)

Expression	Actions
negate<T>()	-arg
plus<T>()	arg1 + arg2
minus<T>()	arg1 - arg2
multiplies<T>()	arg1 * arg2
divides<T>()	arg1 / arg2
modulus<T>()	arg1 % arg2
equal_to<T>()	arg1 == arg2
not_equal_to<T>()	arg1 != arg2
less<T>()	arg1 < arg2
greater<T>()	arg1 > arg2
less_equal<T>()	arg1 <= arg2
greater_equal<T>()	arg1 >= arg2
logical_not<T>()	!arg1
logical_and<T>()	arg1 && arg2
logical_or<T>()	arg1
bit_and<T>()	arg1 & arg2
bit_or<T>()	arg1
bit_xor<T>()	arg1 ^ arg2

函数组合的概念 (concept of functional composition) (according to the composite pattern in [GoF: DesignPatterns])

函数组合是STL灵活性的体现，通过函数适配器，我们可以把各种预定义functors，自定义functors，全局函数，成员函数，lambda表达式以及各种值组合起来使用.

函数适配器与Binders (function adapters)

Expression	Actions
bind(fn, args…)	binds args to fn
mem_fn(fn)	calls fn() as a member function for an obj or ptr of obj
not1(fn)	unary negation: !fn(arg)
not2(fn)	binary negation: !fn(arg1, arg2)

由于C++11推出了bind以及lambda表达式等强大特性, 这些特性使得函数组合操作更加方便，因此C++98中的一些用于实现函数组合的函数适配器已经deprecated. 它们包括：

Expression	Actions
bind1st(fn, arg)	calls fn(arg, param), arg是bind1st里提供的数值，param是调用者传来的
bind2nd(fn, arg)	calls fn(param, arg), arg是bind2nd里提供的数值，param是调用者传来的
ptr_fun(fn)	calls *fn(param) or *fn(param1, param2), ptr_fun用来包装函数指针, 因为大多数标准库设施不直接支持函数指针
mem_fun(fn)	calls fn() as a member function for a ptr to an obj
mem_fun_ref(fn)	calls fn() as a member function for an obj
not1(fn)	!fn(param)
not2(fn)	!fn(param1, param2)

从C++11起，我们应该尽量多使用bind和lambda来与STL的其它组件协同完成开发任务，这样写出来的代码更好理解也便于维护。后面的文章中将对bind的用法、lambda的用法及限制等方面进行展开，同时给出这方面的代码示例。

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作者水平有限，对相关知识的理解和总结难免有错误，还望给予指正，非常感谢！

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