C++实现 STL 标准库和算法（一）实验楼笔记

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有一丢丢c++基础，没有感觉也没啥。

想 掌握C++强大标准库 通过本次课程，你将学习到 c++ template ，异常处理 ，并回顾数据库的部分知识 ，初步掌握 STL 开发 ，避免重复制造轮子。

提示：本课程所有代码至少需要开启 -std=c++11 选项来支持 C++11 相关特性，在介绍 C++14 特性时的相关代码需要开启 -std=c++14 的编译选项，例如：

+ g++ main.cpp -std=c++11

+ g++ main.cpp -std=c++14

1.STL是啥呀？

如果你没有使用过 STL，那么你是不爱 c++ 的，STL的原名是“Standard Template Library”，翻译过来就是标准模板库。STL 是 C++ 标准库的一个重要组成部分，STL 实现了常用的数据结构和算法 ，蕴含其间的泛型编程和代码复用的思想深刻的影响了编程习惯，像微积分延长天文学家寿命一样，STL延长了程序员的寿命。 STL 由算法，容器，迭代器，适配器，仿函数（函数对象），空间适配器六大部件组成 。我们将主要讲解容器，迭代器，算法和仿函数。适配器的部分会交给学员来实现，而空间适配器不会太过于深入。从上往下学习STL，学习曲线不再那么陡峭。

2.容器是啥呀？

鱼缸是容器，瓶子是容器，饭碗也是容器，STL 的容器也不列外。这里的容器首先是一个模板类，在类中实现对数据的操作，而包含这样的类的实现就叫一个容器。STL 有许多这样的容器，它们包括：

向量（vector），

列表（list），

队列（queue），

双端队列（deque），

优先队列（Priority queue），

集合（set），

多种集合（multiset），

映射（map），

多重映射（multimap）。

3算法是啥呀？

数据结构加算法等于程序，如果说容器实现了数据结构的话，那么算法就是 STL 的灵魂 ，STL 的算法是一种通用的算法，并不依赖于特定的数据结构和对象 。这样的好处是不用针对每种情况编写特定的代码，而是给出一种通用的做法，是代码复用的一种实现方法，模板编程则是泛型编程的基础。

4.迭代器是啥呀？

演示一个简单的函数： add（int &a ，int &b） ，它传入两个引用，然后执行加法操作，可以看到它依赖于 int 这个特定的类型，而且暴露了这个函数的内部结构不利于对底层的隔离和封装。那么 STL 是怎么解决这个问题的呢？他们使用了迭代器（对指针的一种泛化）。迭代器底层是由指针实现的，是容器和算法的桥梁。STL 里大多数容器都实现了自己的迭代器，我们可以使用迭代器来完成对容器的访问。后面我们会详细讲到迭代器的种类，性质，使用，实现。

5.适配器是啥呀？

学习过数据结构的同学大都知道（我目前还没学过大二才学），数据结构不是独立的，部分数据结构是可以相互转换的。比如栈和队列可以互相实现。当我们需要一个碗的时候我们不一定重新制造，我们可以把瓶子的上部去掉。同样的道理，当我们需要队列（queue）的时候，也可以用双端队列（deque）去实现。而queue就叫做适配器。STL有三种基本容器vector，deque，list。有用基本容器扩展的适配器queue，stack等。适配器主要有容器适配器，迭代器适配器，函数适配器，它们的作用范围不同，意思大致一致。后面我们也会详细讲到。

6.仿函数是啥呀？

仿函数又叫做函数对象，其本质是类的对象，一种可回调机制，在类中重载了（）运算符，使对象在用（）时呈现出函数的特性，所以叫做仿函数。叫仿函数体现了它的作用，叫函数对象体现其本质，大家喜欢叫什么都可以。而为什么需要仿函数呢？因为STL没有也不可能将所有东西都包含到函数中，而程序是对现实的模拟，现实又是最复杂的，一个sort（），你要 < ，我要 > 。如何协调呢？我们可以定义自己需要的仿函数，定制自己的操作。具体的内容我们后面会讲。这儿只做说明。

7.空间适配器是啥呀？

c++ 的一大魅力就是对底层的操作，你像一个魔法师一样，挥舞着魔杖操纵着底层的各种资源。当然一个不好，程序也崩给你看。而空间配置器就是 STL 自己的“内存池”。完成对内存的申请，释放，维护。配置器有两个部分：一级空间配置器，二级空间配置器。本次课程不会过度讲解配置器，感兴趣的同学可以去看一下实验楼另外一个课程：c++ 实现高性能内存池。

8.总结一下呗

STL 是学习 C++ 路上必须领略的美景，STL 由六个部分组成：

容器，

迭代器，

算法，

仿函数，

适配器，

空间配置器。

各个部件相互调用，相互关联。运用泛型，模板，oop等思想，是学习和理解 c++ 这门语言的必经之路。