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🍔前言:我們已經(jīng)將基本語(yǔ)法了解的差不多了,現(xiàn)在我們就該進(jìn)入C++中最重要也是最富有特點(diǎn)的一部分——STL。在學(xué)習(xí)C語(yǔ)言中我們想要使用順序表、鏈表等一些數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行做題時(shí)都需要進(jìn)行這些結(jié)構(gòu)的創(chuàng)建,當(dāng)我們學(xué)習(xí)后STL就再也不用考慮這些問(wèn)題了,下面讓我們一起走入STL的世界。
目錄
?什么是STL
STL的版本
STL的六大組件
STL的重要性?
如何學(xué)習(xí)STL
STL的缺陷與不足?
?什么是STL
STL(Standard Template Library)是C++的一個(gè)重要組成部分,它提供了一組通用的模板類(lèi)和函數(shù),用于實(shí)現(xiàn)常見(jiàn)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法。STL的設(shè)計(jì)目標(biāo)是提供一種通用、高效、可復(fù)用的方法來(lái)處理數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法,使C++程序員能夠更容易地編寫(xiě)高質(zhì)量的代碼。
STL的版本
原始版本
Alexander Stepanov、Meng Lee 在惠普實(shí)驗(yàn)室完成的原始版本,本著開(kāi)源精神,他們聲明允許任何人任意運(yùn)用、拷貝、修改、傳播、商業(yè)使用這些代碼,無(wú)需付費(fèi)。唯一的條件就是也需要向原始版本一樣做開(kāi)源使用。 HP 版本--所有STL實(shí)現(xiàn)版本的始祖。
P. J. 版本
由P. J. Plauger開(kāi)發(fā),繼承自HP版本,被Windows Visual C++采用,不能公開(kāi)或修改,缺陷:可讀性比較低,符號(hào)命名比較怪異。
RW版本
由Rouge Wage公司開(kāi)發(fā),繼承自HP版本,被C+ + Builder 采用,不能公開(kāi)或修改,可讀性一般。
SGI版本
由Silicon Graphics Computer Systems,Inc公司開(kāi)發(fā),繼承自HP版 本。被GCC(Linux)采用,可移植性好,可公開(kāi)、修改甚至販賣(mài),從命名風(fēng)格和編程 風(fēng)格上看,閱讀性非常高。我們后面學(xué)習(xí)STL要閱讀部分源代碼,主要參考的就是這個(gè)版本。
STL的六大組件
C++的STL(Standard Template Library)包括六大組件,每個(gè)組件都有其特定的用途。這些組件在C++編程中提供了強(qiáng)大的工具,以便更輕松地操作數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和執(zhí)行算法。以下是STL的六大組件及其用途:
-
容器(Containers):
用途:容器是用于存儲(chǔ)和管理數(shù)據(jù)的對(duì)象。STL提供了多種容器,包括向量(vector
)、鏈表(list
)、隊(duì)列(queue
)、棧(stack
)、集合(set
)、映射(map
)等。每種容器都有其獨(dú)特的特性,可以選擇最適合特定任務(wù)的容器。 -
迭代器(Iterators):
用途:迭代器是用于遍歷容器中的元素的抽象概念。它們提供了一種通用的方式來(lái)訪(fǎng)問(wèn)容器中的元素,無(wú)論容器的類(lèi)型如何。迭代器使算法能夠在不同容器上工作,而不需要知道容器的具體實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)。 -
算法(Algorithms):
用途:STL提供了大量的通用算法,如排序、查找、遍歷、變換等。這些算法可以應(yīng)用于各種容器,使你能夠在數(shù)據(jù)上執(zhí)行各種操作,而無(wú)需重新實(shí)現(xiàn)算法。這提高了代碼的重用性和可維護(hù)性。 -
函數(shù)對(duì)象(Function Objects):
用途:函數(shù)對(duì)象是可調(diào)用的對(duì)象,類(lèi)似于函數(shù)指針。它們通常用于在算法中執(zhí)行特定的操作。STL提供了一些內(nèi)置的函數(shù)對(duì)象,同時(shí)你也可以定義自己的函數(shù)對(duì)象,以滿(mǎn)足特定的需求。 -
適配器(Adapters):
用途:適配器是用于調(diào)整容器或迭代器的接口以滿(mǎn)足特定需求的工具。STL提供了適配器,如棧適配器(stack
)、隊(duì)列適配器(queue
)、優(yōu)先隊(duì)列適配器(priority_queue
)等,以及迭代器適配器,如反向迭代器(reverse_iterator
)、插入迭代器(insert_iterator
)等。 -
分配器(Allocators):
用途:分配器用于管理內(nèi)存分配和釋放,以便更靈活地控制容器的內(nèi)部?jī)?nèi)存管理。分配器允許你自定義內(nèi)存分配策略,以適應(yīng)不同的應(yīng)用需求。
這些六大組件一起構(gòu)成了STL,為C++程序員提供了一種強(qiáng)大的工具集,以處理各種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和執(zhí)行各種算法。使用STL可以大大提高代碼的可維護(hù)性、可讀性和重用性,同時(shí)提供高性能的實(shí)現(xiàn)。根據(jù)具體的編程需求,你可以選擇適當(dāng)?shù)娜萜?、算法和其他STL組件來(lái)解決問(wèn)題。
STL的重要性?
STL(Standard Template Library)在C++編程中具有重要的作用,無(wú)論是在學(xué)術(shù)、工業(yè)界還是個(gè)人項(xiàng)目中,其重要性體現(xiàn)在多個(gè)方面:
提高開(kāi)發(fā)效率:STL提供了各種通用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)(如向量、鏈表、集合、映射等)和算法(排序、搜索、遍歷等)。通過(guò)這些現(xiàn)成的組件,開(kāi)發(fā)人員無(wú)需從頭實(shí)現(xiàn)這些基本結(jié)構(gòu)和操作,從而節(jié)省了大量的時(shí)間和精力。
代碼重用:STL的組件都是經(jīng)過(guò)廣泛測(cè)試和優(yōu)化的。通過(guò)重復(fù)使用這些經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的組件,開(kāi)發(fā)者可以確保其代碼質(zhì)量和穩(wěn)定性。
提高代碼可維護(hù)性:STL組件經(jīng)過(guò)優(yōu)化和標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì),使得代碼更易于閱讀和維護(hù)。使用標(biāo)準(zhǔn)的接口和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)使代碼更易于理解,并且降低了出錯(cuò)的可能性。
性能優(yōu)勢(shì):STL經(jīng)過(guò)優(yōu)化和精心設(shè)計(jì),提供了高效的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法實(shí)現(xiàn)。這些實(shí)現(xiàn)經(jīng)過(guò)了廣泛的測(cè)試和調(diào)優(yōu),因此在大多數(shù)情況下能提供高性能的操作。
學(xué)術(shù)和教育用途:在教學(xué)中,STL作為C++的重要組成部分,為學(xué)生提供了一種標(biāo)準(zhǔn)化的方式來(lái)學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法。這種標(biāo)準(zhǔn)化使得學(xué)生能夠更輕松地理解和應(yīng)用這些概念。
可移植性:STL提供了一種標(biāo)準(zhǔn)化的方法來(lái)處理數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法,使得開(kāi)發(fā)的代碼更具可移植性。在不同的平臺(tái)和編譯器上,STL的行為保持一致,從而使代碼更易于在不同環(huán)境中移植和使用。
結(jié)合現(xiàn)代編程范式:STL與現(xiàn)代的C++編程范式相結(jié)合,如泛型編程、模板元編程等,使得在不同層次上處理問(wèn)題更為方便和高效。
STL在我們的生活中包括在筆試、面試和工作中,也有著舉足輕重的作用:
筆試
- 在編程競(jìng)賽中,STL提供了許多現(xiàn)成的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法,能夠加速解決問(wèn)題的速度。對(duì)STL的熟練掌握可以讓你更快地編寫(xiě)正確的代碼,因此在競(jìng)賽中具有明顯的優(yōu)勢(shì)。
- 許多競(jìng)賽平臺(tái)支持C++語(yǔ)言,并提供了STL的標(biāo)準(zhǔn)庫(kù),因此熟練使用STL可以幫助你更輕松地完成競(jìng)賽任務(wù)。
面試
- 在技術(shù)面試中,STL通常是C++面試中的一個(gè)關(guān)鍵主題。面試官可能會(huì)要求你解釋STL容器和算法的使用,要求你編寫(xiě)特定問(wèn)題的STL解決方案,或要求你評(píng)估STL容器和算法的性能。
- 熟練掌握STL可以讓你在面試中更自信地回答問(wèn)題,顯示你對(duì)C++語(yǔ)言和基本數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的了解。
工作中
- 在實(shí)際工作中,STL在C++開(kāi)發(fā)中經(jīng)常用于構(gòu)建高性能的應(yīng)用程序。它提供了各種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),如向量、列表、映射等,以及眾多算法,如排序、搜索、迭代等,可以在開(kāi)發(fā)中廣泛使用。
- 使用STL可以提高開(kāi)發(fā)效率,減少開(kāi)發(fā)時(shí)間,因?yàn)槟憧梢灾赜矛F(xiàn)成的、經(jīng)過(guò)優(yōu)化的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法。這可以節(jié)省時(shí)間和開(kāi)發(fā)成本。
- STL還有助于編寫(xiě)更穩(wěn)健的代碼,因?yàn)樗?jīng)過(guò)了廣泛的測(cè)試和優(yōu)化,減少了潛在的錯(cuò)誤。
總之,STL在筆試、面試和工作中都具有重要性,因?yàn)樗荂++編程的核心組成部分,對(duì)于解決問(wèn)題、提高效率和構(gòu)建穩(wěn)健的應(yīng)用程序都非常有幫助。熟練掌握STL是C++開(kāi)發(fā)者的一個(gè)重要技能,無(wú)論是應(yīng)對(duì)競(jìng)賽任務(wù)、通過(guò)技術(shù)面試還是在實(shí)際工作中取得成功。
如何學(xué)習(xí)STL
學(xué)習(xí)STL是C++編程的重要一部分,它提供了一系列通用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法,可以用于解決各種問(wèn)題。以下是一些學(xué)習(xí)STL的步驟和建議:
1.掌握C++基礎(chǔ):
在學(xué)習(xí)STL之前,確保你已經(jīng)熟練掌握了C++的基礎(chǔ)知識(shí),包括面向?qū)ο缶幊?、?shù)據(jù)類(lèi)型、循環(huán)、條件語(yǔ)句等。STL是C++的一部分,因此對(duì)C++的理解至關(guān)重要。
2.閱讀STL文檔:
在C++官方文檔或其他可靠的資源中查看STL的文檔。了解STL的組成部分,包括容器(containers)如向量、列表、映射等,以及算法(algorithms)如排序、搜索、迭代等。
3.書(shū)籍和在線(xiàn)教程:
尋找C++ STL的相關(guān)書(shū)籍和在線(xiàn)教程,這些資源通常會(huì)深入講解STL的使用和內(nèi)部工作原理。一些經(jīng)典書(shū)籍包括《STL源碼剖析》(Inside the C++ Object Model)、《Effective STL》等。
4.編寫(xiě)示例代碼:
最好的學(xué)習(xí)方法之一是編寫(xiě)示例代碼。創(chuàng)建小型項(xiàng)目或編寫(xiě)小程序來(lái)練習(xí)使用不同的STL容器和算法。這將幫助你理解它們的用途和如何操作。
5.深入研究容器和算法:
逐一學(xué)習(xí)STL容器,了解它們的特性、適用場(chǎng)景和使用方法。同樣,學(xué)習(xí)STL算法,包括排序、搜索、轉(zhuǎn)換等。了解每個(gè)容器和算法的時(shí)間復(fù)雜度和性能特點(diǎn)也很重要。
6.解決問(wèn)題:
嘗試解決各種問(wèn)題和挑戰(zhàn),使用STL來(lái)實(shí)現(xiàn)解決方案。這有助于你將STL的知識(shí)應(yīng)用到實(shí)際問(wèn)題中。
7.學(xué)習(xí)STL源代碼:
如果你有足夠的興趣和時(shí)間,可以嘗試研究STL的源代碼。這將幫助你更深入地理解STL的實(shí)現(xiàn)方式,但可能需要一定的C++和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)知識(shí)。
8.參與在線(xiàn)社區(qū)和討論:
加入C++編程社區(qū),如Stack Overflow、GitHub等,與其他開(kāi)發(fā)者交流和討論STL相關(guān)的問(wèn)題。這樣可以學(xué)到更多實(shí)際經(jīng)驗(yàn)和最佳實(shí)踐。
9.練習(xí)和項(xiàng)目:
最重要的是實(shí)踐。嘗試在實(shí)際項(xiàng)目中使用STL來(lái)解決問(wèn)題,或者自己構(gòu)建小型項(xiàng)目,以加強(qiáng)你的技能。
10.持之以恒:
學(xué)習(xí)STL可能需要一些時(shí)間,因此要保持耐心和堅(jiān)持。不斷練習(xí)和挑戰(zhàn)自己,逐漸提高你的STL技能。
總結(jié)一下:學(xué)習(xí)STL的三個(gè)境界:能用,明理,能擴(kuò)展 。?
STL的缺陷與不足?
?1. STL庫(kù)的更新太慢了。這個(gè)得嚴(yán)重吐槽,上一版靠譜是C++98,中間的C++03基本一些修訂。C++11出
來(lái)已經(jīng)相隔了13年,STL才進(jìn)一步更新。
2. STL現(xiàn)在都沒(méi)有支持線(xiàn)程安全。并發(fā)環(huán)境下需要我們自己加鎖。且鎖的粒度是比較大的。
3. STL極度的追求效率,導(dǎo)致內(nèi)部比較復(fù)雜。比如類(lèi)型萃取,迭代器萃取。
4. STL的使用會(huì)有代碼膨脹的問(wèn)題,比如使用vector/vector/vector這樣會(huì)生成多份代碼,當(dāng)然這是模板語(yǔ)法本身導(dǎo)致的。5.可讀性太差使用STL時(shí),特別是在處理復(fù)雜的模板和元編程時(shí),代碼可能變得難以閱讀和理解。模板代碼通常比傳統(tǒng)的代碼更難以推斷和理解。
6.不支持某些數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu):STL并不支持某些特定的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),例如樹(shù)狀結(jié)構(gòu)(例如紅黑樹(shù))。雖然STL提供了一些通用的容器,但有時(shí)你可能需要自行實(shí)現(xiàn)特定類(lèi)型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。
盡管存在這些缺陷和不足,STL仍然是一個(gè)強(qiáng)大和廣泛使用的工具。它為C++開(kāi)發(fā)者提供了許多方便、可重用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法,極大地簡(jiǎn)化了程序的開(kāi)發(fā)過(guò)程。針對(duì)特定的需求,有時(shí)開(kāi)發(fā)者可能需要結(jié)合STL的優(yōu)點(diǎn),自行編寫(xiě)或使用其他專(zhuān)門(mén)優(yōu)化過(guò)的庫(kù)來(lái)彌補(bǔ)STL的不足。?