11ppt-第十一章 标准模板库(STL)

第十一章标准模板库（STL）库（library）是一系列程序组件的集合，它们可以在不同的程序中重复使用。库函数设计的第一位的要求就是通用性，模板（template）为通用性带来了不可估量的前景，我们可以在使用模板时才对某些类型作选择。模板是标准C++实现代码复用的有力工具，特别是在有关数据结构的算法方面。为程序员提供大量实用的库是C++的又一特色。标准模板库（StandardTemplateLibrary）是ANSI/ISOC++最有特色、最实用的部分之一。STL包含了容器类（container）、迭代子（iterator）和算法（algorithm）三个部分。泛型算法（genericalgorithm）和函数对象（functionobject）的概念与使用使算法摆脱了对不同类型数据个性操作的依赖，这样就可以编出更具通用性的算法。11.1标准模板库简介11.3顺序容器11.2迭代子类11.5容器适配器11.7VC++中的STL11.6泛型算法与函数对象11.4关联容器第十一章标准模板库（STL）11.1标准模板库简介容器类是管理序列的类，是容纳一组对象或对象集的类。通过由容器类提供的成员函数，可以实现诸如向序列中插入元素，删除元素，查找元素等操作，这些成员函数通过返回迭代子来指定元素在序列中的位置。STL提供了一个标准化的模板化的对象容器库，包含多种数据结构及其算法，可以节省大量的时间和精力，而且程序是高质量的。迭代子是面向对象版本的指针，它提供了访问容器或序列中每个对象的方法。这样就可以把算法用于容器所管理的序列。泛型算法不依赖于具体的容器，通用的算法更易于扩充。泛型算法中采用函数对象（functionobject）引入不同情况下同一算法的差异。它没有使用继承和多态，避免了虚函数的开销，使STL效率更高。11.1标准模板库简介容器分为三大类：标准库容器类说明顺序容器vector（参量）deque（双端队列）list（列表）从后面快速插入与删除，直接访问任何元素从前面或后面快速插入与删除，直接访问任何元素从任何地方快速插入与删除，双链表关联容器set（集合）multiset（多重集合）map（映射）multimap（多重映射）快速查找，不允许重复值快速查找，允许重复值一对一映射，基于关键字快速查找，不允许重复值一对多映射，基于关键字快速查找，允许重复值容器适配器stack（栈）queue（队列）priority_queue（优先级队列）后进先出（LIFO）先进先出（FIFO）最高优先级元素总是第一个出列11.1标准模板库简介顺序容器和关联容器称为第一类容器（first-classcontainer）。另外有四种容器称为近容器（nearcontainer）：C语言风格数组、字符串string、操作1/0标志值的bitset和进行高速数学矢量运算的valarray。它们虽然提供与第一类容器类似的功能，但没有全部功能。STL也使容器提供类似的接口。许多基本操作是所有容器都适用的，而有些操作则适用于类似容器的子集。这样就可以用新的类来扩展STL。这些函数和运算符可通称为容器的接口。表11.2所有标准库容器共有的函数提供容器默认初始化的构造函数。通常每个容器都有几个不同的构造函数，提供容器不同的初始化方法将容器初始化为现有同类容器副本的构造函数撤消容器时，进行内存处理判容器是否为空，空返回true,不空返回false返回容器中最多允许的元素量返回容器当前元素量默认构造函数拷贝构造函数析构函数empty()max_size()size()说明标准库容器共有的函数将一个容器赋值拷贝给另一个同类容器交换两个容器的元素如果前面的容器小于后面的容器，则返回true，否则返回false，不适用于priority_queue如果前面的容器小于等于后面的容器，则返回true，否则返回false，不适用于priority_queue如果前面的容器大于后面的容器，则返回true，否则返回false，不适用于priority_queue如果前面的容器大于等于后面的容器，则返回true，否则返回false，不适用于priority_queue如果前面的容器等于后面的容器，则返回true，否则返回false，不适用于priority_queue如果前面的容器不等于后面的容器，则返回true，否则返回false，不适用于priority_queueoperator=swap()operatoroperator=operatoroperator=operator==operator!=说明标准库容器共有的函数11.1标准模板库简介11.1标准模板库简介获得指向被控序列开始处的迭代子，引用容器第一个元素获得指向被控序列末端的迭代子，引用容器最后一个元素的后继位置获得指向被控序列末端的反转型迭代子，引用容器最后一个元素。实际上这是该容器前后反转之后的begin()获得指向被控序列开始处的反转型迭代子，引用容器第一个元素的前导位置。实际上这是该容器前后反转之后的end()从容器中清除一个或几个元素从容器中清除所有元素begin()end()rbegin()rend()erase()clear()说明只在第一类容器中的函数表11.3只在第一类中的函数11.1标准模板库简介使用STL容器或容器适配器，要包含定义该容器模板类头文件。参见表11.4。这些头文件的内容都在std名字空间域中，程序中必须加以说明。头文件说明dequelistmapsetqueuestackvector两端队deque的头文件表list的头文件映射map和多重映射multimap的头文件集合set和多重集合multimap的头文件队queue和优先级队列priority_queue的头文件栈stack的头文件向量vector的头文件表11.4标准容器库的头文件11.1标准模板库简介在有关数组、链表和二叉树等线性表和非线性表的讨论中，若要访问其中一个元素（结点），我们可以用下标或者指针去访问，而下标实际上也是一种指针即地址，访问时取地址的方式还有很多，一系列的访问方法都可以抽象为迭代子（iterator）。访问方法最终要归于内存地址的获得，所以说迭代子是面向对象版本的指针。迭代子与指针有许多相同之处，但迭代子保存所操作的特定容器需要的状态信息，从而实现与每种容器类型相适应的迭代子。而且有些迭代子操作在所有容器中是一致的，如++运算符总是返回容器下一个元素的迭代子，间接引用符“*”，总是表示迭代子指向的容器元素。迭代子用来将STL的各部分结合在一起。从本质上说，STL提供的所有算法都是模板，我们可以通过使用自己指定的迭代子来对这些模板实例化。迭代子可以包括指针，但又不仅是一个指针。11.1标准模板库简介STL最大的优点是提供能在各种容器中通用的算法，例如插入、删除、查找、排序等等。STL提供70种左右的标准算法。算法只是间接通过迭代子操作容器元素。算法通常返回迭代子。一个算法通常可用于多个不同的容器，所以称为泛型算法（genericalgorithm）。算法分为：１．修改容器的算法，即变化序列算法（mutating-sequencealgorithm），如copy()、remove()、replace()、swap()等。２．不修改容器的算法，即非变化序列算法（non-mutating-sequencealgorithm），如count()、find()等。３．数字型算法。11.2迭代子类C++标准库中有五种预定义迭代子，其功能最强最灵活的是随机访问迭代子。标准库迭代子类型说明输入InputIterator输出OutputIterator正向ForwardIterator双向BidirectionalIterator随机访问RandomAccessIterator从容器中读取元素。输入迭代子只能一次一个元素地向前移动（即从容器开头到容器末尾）。要重读必须从头开始。向容器写入元素。输出迭代子只能一次一个元素地向前移动。输出迭代子要重写，必须从头开始。组合输入迭代子和输出迭代子的功能，并保留在容器中的位置（作为状态信息），所以重新读写不必从头开始。组合正向迭代子功能与逆向移动功能（即从容器序列末尾到容器序列开头）。组合双向迭代子的功能，并能直接访问容器中的任意元素，即可向前或向后跳过任意个元素。表11.5迭代子类别11.2迭代子类标准库定义迭代子的层次结构，按这个层次，从上到下，功能越来越强。但不是继承！inputoutputforwardbidirectionalrandomaccess图11.1迭代子层次11.2迭代子类只有第一类容器能用迭代子遍历。表11.6STL容器支持的迭代子类别容器支持的迭代子类别顺序容器vectordequelist随机访问（randomaccess）随机访问（randomaccess）双向（bidirection）关联容器setmultisetmapmultimap双向（bidirection）双向（bidirection）双向（bidirection）双向（bidirection）容器适配器stackqueuepriority_queue不支持迭代子不支持迭代子不支持迭代子包含正向迭代子所有功能，再增加先++后执行，前置自减迭代子先执行后++，后置自减迭代子双向迭代子--pp--提供输入和输出迭代子的所有功能正向迭代子间接引用迭代子，作为左值将一个迭代子赋给另一个迭代子输出迭代子*pp=p1间接引用迭代子，作为右值将一个迭代子赋给另一个迭代子比较迭代子的相等性比较迭代子的不等性输入迭代子*pp=p1p==p1p!=p1前置自增迭代子，先++后执行后置自增迭代子，执行后再++所有迭代子++pp++说明迭代操作表11.7各种迭代子可执行的操作包含双向迭代子所有功能，再增加迭代子p递增i位（后移i位）（p本身变）迭代子p递减i位（前移i位）（p本身变）在p所在位置后移i位后的迭代子（迭代子p本身不变）在p所在位置前移i位后的迭代子（迭代子p本身不变）返回与p所在位置后移i位的元素引用如迭代子p小于p1，返回true，所谓小，即p在p1之前如迭代子p小于等于p1，返回true，否则返回false如迭代子p大于等于p1，返回true，所谓大即p在p1之后如迭代子p大于迭代子p1，返回true，否则返回false随机访问迭代子p+=ip-=ip+ip-ip[i]pp1p=p1p=p1pp1说明迭代操作结合find()算法讨论迭代子与泛型算法的关系。find()定义如下：templatetypenameInputIterator,typenameTInputIteratorfind(InputIteratorfirst,InputIteratorlast,countTvalue){for(;first!=last;++first)if(value==*first)returnfirst;returnlast}可见，泛型算法不直接访问容器的元素，与容器无关。元素的全部访问和遍历都通过迭代子实现。并不需要预知容器类型。11.2迭代子类【例11.1】寻找数组元素。#includealgorithm#includeiostreamusingnamespacestd;voidmain(){intsearch_value,ia[9]={47,29,37,23,11,7,5,31,41};cout请输入需搜索的数：endl;cinsearch_value;int*presult=find(&ia[0],&ia[9],search_value);cout数值search_value(presult==&ia[9]?不存在:存在)endl;}这里a[9]数组元素并不存在，但内存地址单元存在。11.2迭代子类【例11.2】寻找vector容器元素。#includealgorithm#includevect