1、C/C+程序设计教程,郑秋生 主编,2019/1/18,2,第7章 标准模板库STL介绍及应用,本章学习重点掌握内容： 标准模板库STL的基本概念 标准模板库STL的组成部分 命名空间的概念及使用 容器的概念和使用 迭代器的概念和使用 算法的概念和使用 标准模板库STL的应用,2019/1/18,3,第7章 标准模板库STL介绍及应用,7.1标准模板库STL的概念 7.2容器（Container） 7.3迭代器（Iterator） 7.4算法（Algorithm） 7.5 综合应用实例,2019/1/18,4,7.1 标准模板库STL的概念,STL最初是由惠普实验室开发的一系列组件，是标准C+
2、库的重要补充之一。 从逻辑层次来看，STL体现了泛型程序设计的思想，引入了多个新的名词，比如容器、算法、迭代器等。 在STL中，几乎所有的代码都采用了类模板和函数模板的方式，因而，提供了更好的代码重用机会。 从广义上讲，STL的代码分为三类：容器、迭代器和算法。这3类代码被组织为13个头文件。,2019/1/18,5,7.1.2 STL和C+标准的关系,2019/1/18,6,7.1.3 STL组成部分,2019/1/18,7,4 STL组成部分,容器用来容纳对象或对象组的组合。STL 的容器包括向量（ vector）、链表( list)等2 类7 种。迭代器是一种面向对象的广义指针，用于指向
3、容器中或流中的对象，提供访问方法。 算法是STL 的核心，是普通算法的泛化形式。算法通过迭代器的指向与容器分离，从而具有通用性。 函数对象的主要作用是作为参数传递给某些通用算法，从而进一步提高算法的通用性。STL 中预定义了3 大类15个函数对象，用户也可根据需要自行设计。,2019/1/18,8,STL对C+的影响,在STL之前，C+支持三种基本的编程样式面向过程编程、数据抽象和面向对象编程。 在STL出现之后，C+可以支持一种新的编程模式泛型程序设计。 STL并不完美，但是，它开辟了程序设计的新天地，它拥有的影响力甚至于超过了巨大的C+群体。,2019/1/18,9,7.2 容器（Cont
4、ainer）,7.2.1 容器简介 容器是能够保存其它类型的对象的类。 C+的容器可以包含混合类型的对象，也就是说容器类可以包含一组相同类型或一组不同类型的对象。 容器类包含相同类型的对象时，称为同类容器类； 容器类包含不同类型的对象时，称为异类容器类。容器类库共包括十种容器，分为三大类，分别如下： （1）顺序容器：向量、双队列、列表； （2）关联容器：集合、多重集、映射和多重映射； （3）容器适配器：堆栈、队列和优先队列。,2019/1/18,10,7.2 容器（Container）,2019/1/18,11,7.2容器（Container）,2019/1/18,12,7.2.2 容器的结构
5、,所有的STL容器都是定义在命名空间std中的一个模板类，由、和七个头文件给出。主要包括下面3个方面。 1. 常用的类型 2. 常用的函数 3. vector和list基本结构,2019/1/18,13,7.2.2 容器的结构,2019/1/18,14,7.3.2 容器的结构,2019/1/18,15,7.3.2 容器的结构,容器中共用的函数,2019/1/18,16,7.3.2 容器的结构,2019/1/18,17,顺序容器和关联容器共用的函数,2019/1/18,18,7.3.2 容器的介绍,（1）向量vector 是个能够存放任意类型的动态数组，但是能够自动分配内存， 随机存取能在常数时
6、间完成，像数组一样可以使用下标访问元素，小心，不要数组越界 在尾端增删元素具有较佳的性能 其他位置的增删操作和插入操作都不好 需要把待插入元素右边的每个元素都拷贝一遍,使用vector,包含头文件 #include 名字空间(namespace) vector属于std命名域的 using std:vector; 或者连在一起，使用全 std:vector vInts 建议使用全局的名字空 using namespace std;,2019/1/18,19,使用vector数组,创建一个int型的vector vector intarray;/ 定义一个整型数组，可以是任意类型 向vector
7、添加一个数据 vector添加数据的缺省方法是push_back() push_back()函数表示将数据添加到vector的尾部 并按需要来分配内存 for(int i= 0;i10; i+) intarray.push_back( i );,2019/1/18,20,向vector插入一个数据 insert()； /需要从插入点开始后移所有元素，并按需分配存储空间 删除vector中的数据 pop_back(); /最有位置删除一个 erase(iterator first, iterator last); /迭代器指定位置 clear()/清楚所有元素， 判断数据个数 empty() 判
8、断vector是否为空 size() 返回vector的数据个数,2019/1/18,21,预先分配内存空间 reserve(int n); /reserve只是预先划分一块内存给vector使用，主要是为了提高效率：避免在不断push_back的过程中，由于容量变动导致的重新分配, 注意：仅是分配空间，新元素还没有构造,不能引用 resize(int n);/是改变容器的大小，并且创建对象，可以引用 注意：vector和普通数组的区别，只有调用了构造函数，才可以引用，如果析构后则不可以引用,2019/1/18,22,获得存储空间大小,size(); /已经包含的数组元素的个数，注意构造过的，
9、对应于resize(int n) capacity(); /容器的存储能力，对应于reserve(int n),2019/1/18,23,vector的元素访问,使用三种方法来访问vector中的数据 vector:at(int idx) vector:operatorint idx 迭代器，通用方法，所有容器适用 前两者区别 operator主要是为了与C语言进行兼容。它可以像C语言数组一样操作。容易造成越界访问，尽量少用 at()是首选，因为at()进行了边界检查，如果访问超过了vector的范围，将抛出一个例外。,2019/1/18,24,vector的元素访问,利用迭代器访问 vect
10、or:iterator iter; /定义迭代器 for( iter=intarry.begin(); iter!=intarray.end(); iter+)* iter = 100；/类似于指针,2019/1/18,25,2019/1/18,26,7.3.2 容器的结构,（2）列表list定义链表结构：链表的使用和vector基本相同，只是存储结构不同，使用略微不同。算法效率不同，插入数据线性，访问数据效率不高（数据结构）,2019/1/18,27,7.3.3 容器的使用,使用容器就像使用一个类模板一样，只不过这个类模板是属于C+标准库的。 【例7.4】list容器完整的程序。本例子初始化
11、一个list的非空实例，然后将list中的元素值打印出来。,2019/1/18,28,7.4迭代器（Iterator）,迭代器从作用上来说是STL最基本的部分，但理解起来比较困难。简单的说，迭代器是指针的泛化，它允许程序员以相同的方式处理不同的数据结构（容器）。迭代器部分主要由头文件、和组成。 iterator类的对象就成为一种指向链表结点的广义指针，它实质上是对N ode 类型的指针进行了封装，重载了“ +”运算符，使得通过对该种广义指针的“ +”运算可以指向链表的下一结点。 以iterator类还对解析运算符“ *”、比较运算符“ =”和“ !=”进行了重载。,2019/1/18,29,迭
12、代器类型,输入迭代器只用于读一个序列，可以进行自增、解析和比较操作。 输出迭代器只用于写一个序列，可以进行自增和解析操作。 前向迭代器 可以用来读写，并能够保存迭代器的值，以便从其原先位置开始重新遍历。它能够向前推进到下一个值，但不能递减，它包含了输入和输出迭代器的所有操作。 双向迭代器 既可以读又可以写，支持双向移动，不但可以自增取得下一个元素，而且可以自减取前一个,2019/1/18,30,迭代器类型-补充,随机存取迭代器 可以通过跳跃的方式访问容器种的任意数据，从而使数据的访问非常灵活。它除了具有双向迭代器的所有操作外,2019/1/18,31,7.5算法（Algorithm）,7.5.
13、1算法和函数对象广义上讲，算法是一个按照一组定义明确的步骤来解决某个问题的处理过程。 所有算法的前两个变量都是一对迭代器，通常称为首（first）和末（last）迭代器，用来表明算法对容器进行操作的元素范围。元素范围是一个区间fist, last)，它表示范围从first（包含first指向的元素）开始，到last结束（不包含last指向的元素）函数对象是函数的一般形式。实际上函数对象是一个重载了operator()的类。,2019/1/18,32,7.5.2 算法分类介绍,STL提供了70个算法，按照不同的分类方法可以将这些算法分成不同的类别：（1）按照算法所做工作的不同，可以将算法分成8个
14、种类：查找、排序、数值计算、比较、集合、容器管理、统计和堆操作。 （2）按照算法对容器的影响，可以将算法分成4个种类：非修正算法、修正算法、排序算法和数值计算算法。,2019/1/18,33,7.5.2 算法分类介绍,1非修正算法非修正算法的操作不对变容器中的元素进行任何修改，这类算法包括adjacent_find()、find()、find_end()、find_first()、count()、mismatch()、equal()、for_each()和search()等，这些算法都包含在头文件中。 【例7.8】非修正算法例题。,2019/1/18,34,7.5.2 算法分类介绍,2修正算法
15、在实际应用中，经常需要对容器中的元素进行修改和写操作，这类能够对容器中元素进行修改的算法称为修正算法。修正算法包括copy()、copy_backward()、fill() 、generate()、partition()、random_shuffle()、remove()、replace()、rotate()、reverse()、swap()、swap_ranges()、transform()和unique()等,【例7.9】修正算法例题。,2019/1/18,35,7.5.2 算法分类介绍,3排序算法对于一个序列来说，排序是最经常进行的操作，也是最重要的操作。由于排序需要移动元素，因此排序算
16、法用到的迭代器都是随机存取迭代器。排序算法包括sort()、stable_sort()、partial_sort()、partial_sort_copy()、nth_element()、binary_search()、lower_bound()、upper_bound()、equal_range()、merge()、includes()、push_heap()、pop_heap()、make_heap()、sort_heap()、set_union()、set_intersection()、set_difference()、set_symmetric_difference()、min()、min_element()、max()、max_element()、lexicographica;_compare()、next_permutation()和prev_permutation()等。 【例7.10】排序算法例题,2019/1/18,36,7.5.2 算法分类介绍,4数值计算算法数值计算算法主要是对容器中的元素进行数值计算。这类算法包括accumulate()、inner_product()、partial_sum()、adjacent_difference()和一些推广的数值算法。,
