STL(标准模板库)，是目前C++内置支持的库（library）。它的底层利用了C++类模板和函数模板的机制，由三大部分组成：容器、算法和迭代器。

目前STL有六大组件

  • 容器 container
  • 算法 algorthm
  • 迭代器 iterator
  • 仿函数 function object
  • 适配器 adaptor
  • 空间配置器 allocator

下面，我们会一一进行介绍。

STL初探

容器是STL中很重要的一种数据结构。常见的容器包括

  • vector容器
  • deque双端数组
  • stack栈模型
  • queue队列模型
  • list链表模型
  • priotriy_queue优先级队列
  • set与multiset容器
  • map与multimap容器

除了容器，STL还封装了强大的算法，能够实现查找、删除、替换、删除等很多常见操作。后面会重点讲解。

另外，迭代器也是STL重要的一环，通过迭代器，我们可以很方便对容器中的元素进行遍历，以及操作容器。后面我们会穿插讲解迭代器。

STL中的string

string是STL的字符串类型，在C语言中，我们通常用char *或者char[]字符数组来表示字符串。C++的string和C语言的char *有什么区别呢？

  • string是一个类，char *是指向字符的指针
  • string封装了char *,管理这个字符串，是一个char *类型的容器
  • string不用考虑内存释放和数组越界
  • string提供了一些列的字符串操作函数
string的构造函数

既然string是一个类，那么也就有构造函数，我们研究下string的构造函数。

#include <iostream>
using namespace std;
int main(int argc, const char * argv[]) {
    //通过const char * 初始化
    string s1 = "aaaa";
    //构造函数初始化
    string s2("bbbbb");
    //通过拷贝构造函数来初始化对象s3
    string s3 = s2;
    //用10个'a'字符来初始化字符串
    string s4(10, 'a');
    return 0;
}
字符串的遍历

字符串的遍历，有三种遍历的方式

  • 数组方式遍历，通过[]操作符遍历 （不会抛出异常）
  • at()方法遍历，根据index取值 (会抛出异常)
  • 通过STL迭代器遍历
int main(int argc, const char * argv[]) {
    //创建字符串对象
    string str("abcdefg");
    //数组形式遍历
    for (int i = 0; i < str.length(); i++) {
        cout<< str[i] << endl;
    }
    //at方法遍历
    for (int i = 0; i < str.length(); i++) {
        cout << str.at(i) << endl;
    }
    //迭代器遍历
    for (string::iterator it = str.begin(); it != str.end(); it++) {
        cout << *it << endl;
    }
	return 0;
}

数组方式和at方法方式，有一个明显的不同

  • 数组方式，如果出现越界或者其他错误，不会抛出异常，程序直接终端。
  • at()方法遍历，出现越界或其他错误，会抛出异常，程序可以处理异常。

迭代器其实可以看作是一个字符的指针，上个例子中string::iterator it = str.begin()就是定义一个string类型的迭代器，指向str的第一次位置。*it就表示当前的字符。注意str.end()表示字符串最后一个字符的后面一个位置。如果it == str.end()就表示已经遍历到终点了。

string与char *的转换

string提供了成员函数c_str来将string对象转化成const char *。string提供了copy(buf,size,begin)成员函数来讲string从begin位置开始的size个字符拷贝到buf中。需要注意的是:

  • 如果buf容纳不下，会越界
  • 拷贝过去后，不会转变成C风格的字符串，也就是不会在buf后面添加'\0'
int main(int argc, const char * argv[]) {
    //1 string转char *
    string str("aaaaaa");
    const char *p = str.c_str();
    //2 char *转string
    const char *p1 = "12345";
    string str2 = p1;
    //3 string拷贝到buf[]中
    char buf[128] = {0};
    //从0开始，拷贝3个字符到buf指向的内存空间
    //如果buf空间容纳不下，会越界
    //拷贝过去时，不会给buf末尾添加\0
    str.copy(buf, 3, 0);
	return 0;
}
string的拼接

string为我们提供了两种字符串拼接方式，一种是重写了 + 操作符，我们可以直接将连个字符串相加，类似于java的语法。另一种是string提供了成员函数append()供我们拼接连个字符串.

int main(int argc, const char * argv[]) { 
    string s1 = "123456";
    string s2 = "abcdef";
    //直接使用加号运算符拼接
    string s3 = s1 + s2;
    //使用成员函数拼接
    string s4 = s1.append(s2);
    cout<<s3<<endl;
    cout<<s4<<endl;
    return 0;
}
string的查找和替换

string类提供了find函数，用来查找字符串中指定的字符。提供了replace函数，用来替换字符串中指定位置的字符串。

replace函数是，先删除指定位置，指定长度的字符，然后在当前指定位置插入新的字符。

int main(int argc, const char * argv[]) {
    string s1 = "hello hello hello hello hello hello 1234 7876";
    //从0位置开始查找第一个hello出现的首位位置
    size_t index1 = s1.find("hello",0);
    cout << index1 << endl;
    //查找第一个hello出现时的首位位置
    size_t index2 = s1.find_first_of("hello");
    cout << index2 << endl;
    //查找最后一个hello出现时的末尾位置
    size_t index3 = s1.find_last_of("hello");
    cout << index3 << endl;
    //求hello出现的次数，以及对应的下标
    int count = 0;
    size_t offindex = s1.find("hello",0);
    while (offindex != string::npos) {  //如果 offindex != -1
        //找到了
        cout << "索引:" << offindex <<endl;
        count++;
        offindex++;
        offindex = s1.find("hello", offindex);
    }
    //把hello替换成welcome
    size_t offindex1 = s1.find("hello", 0);
    while (offindex1 != string::npos) {
        //从offindex1的位置开始删除5个位置，并插入新的字符串welcome
        s1.replace(offindex1, strlen("hello"), "welcome");
        //从后面的位置开始
        offindex1 += strlen("welcome");
        //继续查找
        offindex1 = s1.find("hello", offindex1);
    }
    cout << "替换后的字符串：" << s1 <<endl;
	return 0;
}
string区间删除和插入

string提供了insert和erase分别实现插入和删除操作。

插入：pos位置插入字符串s，返回新的string。

  • string &insert(int pos, const char *s)
  • string &insert(int pos, const string &s)

插入：pos位置插入n个字符c，返回string。

  • string &insert(int pos, int n, char c)

删除：删除从pos位置开始的n个字符，返回新的string

  • string &erase(int pos, int n)

删除：删除指定迭代器的位置，返回当前迭代器位置

  • string::iterator erase(string::iterator it)

删除：删除迭代器之间的字符，左闭右开区间

  • string::iterator erase(string::iterator beginIt, string::iterator endIt)
int main(int argc, const char * argv[]) {
    string s1 = "hello1 world!";
    //1 删除字符串中的'1'
    //---通过find函数，查找'1'所在的迭代器位置
    string::iterator it = find(s1.begin(), s1.end(), '1');
    //---删除
    if (it != s1.end()) {
        s1.erase(it);
    }
    cout << s1 << endl;
    //2 删除起始迭代器位置的字符
    s1.erase(s1.begin(), s1.begin() + 3);
    cout << s1 << endl;
    //3 在0位置插入"AAA"
    s1.insert(0, "AAA");
    cout << s1 << endl;
    return 0;
}
string算法相关

目前常见的string的算法是大小写转换。一般使用函数transform来进行转换。

int main(int argc, const char * argv[]) {
    string s1 = "abcdefg";
    string s2 = "AEDLFLKJDLKJFL";
    //小写全部转换成大写,转换的结果放在s1.begin()的位置,后面的操作需要强制转换成指定的函数类型
    transform(s1.begin(), s1.end(), s1.begin(), (int (*)(int))toupper);
    cout << s1 <<endl;
    //大写全部转换成小写
    transform(s2.begin(), s2.end(), s2.begin(), (int (*)(int))tolower);
    cout << s2 <<endl;
   return 0;
}

STL中的vector容器

vector是将元素放到动态数组中加以管理的容器。vector容器可以随机存取元素，也就是说支持[]运算符和at方式存取。

  • vector在尾部添加或者移除元素非常快，在中间操作非常耗时，因为它需要移动元素
vector的基本用法

既然vector是容器，那么就可以向这个容器添加删除元素。

基本用法：

  • front()返回头部元素的引用，可以当左值
  • back()返回尾部元素的引用，可以当左值
  • push_back()添加元素，只能尾部添加
  • pop_back()移除元素，只能在尾部移除
int main(int argc, const char * argv[]) {
    //定义一个vector容器
    vector<int> v1;
    //插入元素(尾部插入)
    v1.push_back(1);
    v1.push_back(2);
    v1.push_back(3);
    //迭代器遍历打印
    for (vector<int>::iterator it = v1.begin(); it != v1.end(); it++) {
        cout << *it << " ";
    }
    cout << endl;
    //修改头部元素的值(front()返回是引用，可以当左值)
    v1.front() = 44;
    //输出头部元素
    cout<< "头部元素:" << v1.front() << endl;
    //修改尾部的值(back()返回是引用，可以当左值)
    v1.back() = 99;
    //输出尾部元素
    cout << "尾部元素" << v1.back() <<endl;
    //删除元素(从尾部删除)
    v1.pop_back();
    //迭代器遍历打印
    for (vector<int>::iterator it = v1.begin(); it != v1.end(); it++) {
        cout << *it << " ";
    }
    cout << endl;
    return 0;
}
vector的初始化

vector有4种方式初始化，有直接初始化，也要通过拷贝构造函数初始化。

int main(int argc, const char * argv[]) {
//直接构造函数初始化
    vector<int> v1;
    v1.push_back(1);
    v1.push_back(2);
    v1.push_back(3);
    v1.push_back(4);
    //通过拷贝构造函数初始化
    vector<int> v2 = v1;
    //使用部分元素来构造
    vector<int> v3(v1.begin(), v1.begin() + 1);
    vector<int> v4(v1.begin(), v1.end());
    //存放三个元素，每个元素都是9
    vector<int> v5(3,9);
    return 0;
}
vector的遍历

vector的遍历有多种方式，可以根据[]或者迭代器遍历。

需要主要的是：

  • []方式，如果越界或出现其他错误，不会抛出异常，可能会崩溃，可能数据随机出现
  • at方式，如果越界或出现其他错误，会抛出异常，需要捕获异常并处理
  • 迭代器提供了逆向遍历，可以通过迭代器来实现逆向遍历，当然上面两种方式也可以
int main(int argc, const char * argv[]) {
    //创建vector
    vector<int> v1;
    //插入元素
    for (int i = 0; i < 10; i++) {
        v1.push_back(i);
    }
    //遍历-[]取值
    for (int i = 0; i < v1.size(); i++) {
        cout << v1[i] << " ";
    }
    cout << endl;
   //遍历-at取值
    for (int i = 0; i < v1.size(); i++) {
        cout << v1.at(i) << " ";
    }
    cout << endl;
	//遍历-迭代器遍历
    for (vector<int>::iterator it = v1.begin(); it != v1.end(); it++) {
        cout << *it << " ";
    }
    cout << endl;
    //遍历-迭代器逆向遍历
    for (vector<int>::reverse_iterator it = v1.rbegin(); it != v1.rend(); it++) {
        cout << *it << " ";
    }
    cout << endl;
    //测试越界
    cout << "[]越界:" << v1[20] << endl;      //不会抛出异常，可能会崩溃，可能会乱码
    cout << "at越界:" << v1.at(20) << endl;   //会抛出异常，需要捕获异常
    return 0;
}
vector的push_back强化

push_back是在当前vector的内存末尾拷贝元素进入容器。注意这个地方可能产生浅拷贝，所以容器中的对象要支持拷贝操作。另外，如果vector初始化了个数，而不初始化具体的值，push_back也只会在最后面追加。

int main(int argc, const char * argv[]) {
    //初始化10个元素的容器
    vector<int> v(10);
    //打印容器大小
    cout << v.size() << endl;
    //push_back添加元素
    v.push_back(100);
    //打印容器大小
    cout << v.size() << endl;
    //遍历后的结果是  0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 100
    for (vector<int>::iterator it = v.begin(); it != v.end(); it++) {
        cout << *it << " ";
    }
    cout << endl;
    return 0;
}
vector的元素删除

vector的删除，是根据位置进行删除，如果想要删除某个元素，需要找到当前元素的迭代器位置，再进行删除。

erase(iterator)函数，删除后会返回当前迭代器的下一个位置。

int main(int argc, const char * argv[]) {
    //1 创建容器并初始化
    vector<int> v1(10);
    for (int i = 0; i < v1.size(); i++) {
        v1[i] = i;
    }
    //2 区间删除
    //--2.1 删除前3个元素
    v1.erase(v1.begin(), v1.begin() + 3);
    //--2.2 删除指定位置的元素
    v1.erase(v1.begin() +3);
    //3 根据元素的值进行删除,删除值为2的元素
    v1.push_back(2);
    v1.push_back(2);
    vector<int>::iterator it = v1.begin();
    while (it != v1.end()) {
        if (*it == 2) {
            it = v1.erase(it);   //删除后，迭代器指针会执行下一个位置并返回。
        }else{
            it++;
        }
    }
    //4 遍历打印
    for (vector<int>::iterator it = v1.begin(); it != v1.end(); it++) {
        cout << *it << " ";
    }
    cout << endl;
    return 0;
}
vector的插入元素

vector提供了insert函数，结合迭代器位置插入指定的元素。

如果迭代器位置越界，会抛出异常。

int main(int argc, const char * argv[]) {
    //初始化vector对象
    vector<int> v1(10);
    //在指定的位置插入元素10的拷贝
    v1.insert(v1.begin() + 3, 10);
    //在指定的位置插入3个元素11的拷贝
    v1.insert(v1.begin(), 3, 11);
    //遍历
    for (vector<int>::iterator it = v1.begin(); it != v1.end(); it++) {
        cout << *it << " ";
    }
    cout << endl;
    return 0;
}

STL中的deque容器

deque是一个双端数组容器:可以在头部和尾部操作元素。

  • push_back 从尾部插入元素
  • push_front 从头部插入元素
  • pop_back 从尾部删除元素
  • pop_front 从头部删除元素

知识点：

distance函数可以求出当前的迭代器指针it距离头部的位置，也就是容器的指针

用法: distance(v1.begin(), it)

int main(int argc, const char * argv[]) {
    //定义deque对象
    deque<int> d1;
    //尾部插入元素
    d1.push_back(10);
    d1.push_back(20);
    d1.push_back(30);
    //头部插入元素
    d1.push_front(1);
    d1.push_front(2);
    d1.push_front(3);
    //尾部删除元素
    d1.pop_back();
    //头部删除元素
    d1.pop_front();
    //修改头部和尾部的值
    d1.front() = 111;
    d1.back()  = 222;
    //查找元素为1的下标
    //通过distance求取下标
    deque<int>::iterator it = d1.begin();
    while (it != d1.end()) {
        if (*it == 1) {
            cout << "下标：" << distance(d1.begin(), it) << endl;
        }
        it++;
    }
    //遍历
    for (deque<int>::iterator it = d1.begin(); it != d1.end(); it++) {
        cout << *it << " ";
    }
    cout << endl;
    return 0;
}

STL中的stack栈容器

在数据结构中，栈是一种先入后出的容器，增加元素叫压栈或者入栈。移除元素通常叫做出栈。

STL提供的stack容器，也是这种基本类型。这里我们演示一下基本元素类型和复杂元素类型。

▽ 基础数据类型的stack

int main(int argc, const char * argv[]) {
    //定义stack对象
    stack<int> s1;
    //入栈
    s1.push(1);
    s1.push(2);
    s1.push(3);
    s1.push(4);
    //打印栈顶元素，并出栈
    while (!s1.empty()) {
        //取出栈顶元素
        cout << "当前栈顶元素" << s1.top() << endl;
        //获取栈的大小
        cout << "当前栈的大小" << s1.size() << endl;
        //出栈
        s1.pop();
    }
    return 0;
}

▽ 复杂数据类型的stack

//定义类
class Teacher {
    public:
    char name[32];
    int  age;
    void printT()
    {
        cout << "age = " << age << endl;
    }
};
int main(int argc, const char * argv[]) {
    Teacher t1, t2, t3;
    t1.age = 22;
    t2.age = 33;
    t3.age = 44;
    //定义栈容器
    stack<Teacher> s1;
    //入栈
    s1.push(t1);
    s1.push(t2);
    s1.push(t3);
    //出栈并打印
    while (!s1.empty()) {
        //打印栈顶元素
        Teacher tmp = s1.top();
        tmp.printT();
        //出栈
        s1.pop();
    }
	return 0;
}

STL中的queue队列容器

队列是一种数据结构，具备队头和队尾。常见的有FIFO（先入先出）队列等。

#include <queue>
void main()
{
    queue<int> q;
    q.push(1);
    q.push(2);
    q.push(3);
    cout << "对头元素" << q.front() <<endl;
    cout << "队列的大小 " << q.size() <<endl;
    while (!q.empty()){
    int tmp = q.front();
        cout << tmp << " ";
        q.pop();
    }
}
class Teacher
{
	public：
    int age;
    char name[32];
    void printT()
    {
        cout << "age ：" << age <<endl;
    }
}
void main()
{
    Teacher t1,t2,t3;
    t1.age = 31;
    t2.age = 32;
    t3.age = 33;
    queue<Teacher > q;
    q.push(t1);
    q.push(t2);
    q.push(t3);
    while (!q.empty()){
    Teacher tmp = q.front();
        tmp.printT();
        q.pop();
    }
}

STL中的list容器

list容器具有如下特性：

  • 可以在头部和尾部插入和删除元素
  • 不能随机访问元素，也就是迭代器只能只能++,不能一次性跳转
list的基本操作
int main(int argc, const char * argv[]) {
    //创建list对象
    list<int> l;
    //尾部添加元素
    for (int i = 0; i < 10; i++) {
        l.push_back(i);
    }
    //头部添加元素
    l.push_front(111);
    //遍历
    for (list<int>::iterator it = l.begin(); it != l.end(); it++) {
        cout << *it << " ";
    }
    cout << endl;
    //list不能随机访问
    list<int>::iterator it = l.begin();
    it++;
    it++;
    cout << *it <<endl;
//    it = it + 1;  //编译报错，不能随机访问
//    it = it + 5;  //编译报错，不能随机访问
    return 0;
}
list的删除

list提供了两个函数用来删除元素,分别是erase和remove。

  • erase是通过位置或者区间来删除,主要结合迭代器指针来操作
  • remove是通过值来删除
int main(int argc, const char * argv[]) {
    //创建list对象
    list<int> l;
    //添加数据
    for (int i = 0; i < 10; i++) {
        l.push_back(i);
    }
    l.push_back(100);
    l.push_back(100);
    //删除头部元素
    l.erase(l.begin());
    //删除某个区间
    list<int>::iterator it = l.begin();
    it++;
    it++;
    it++;
    l.erase(l.begin(), it);
    //移除值为100的所有元素
    l.remove(100);
    //遍历
    for (list<int>::iterator it = l.begin(); it != l.end(); it++) {
        cout << *it << " ";
    }
    cout << endl;
    return 0;
}

STL中的priority_queue优先级队列容器

优先级队列分为：最小值优先队列和最大值优先队列。

此处的最大值、最小值是指队头的元素（增序、降序）。默认，是创建最大值优先级队列。

定义优先级的方法：

  • priority_queue<int>默认定义int类型的最大值队列
  • priority_queue<int, vector<int>, less<int>>定义int型的最大值优先队列
  • priority_queue<int, vector<int>, greater<int>>定义int型的最小值队列

上面的定义中，less和greater相当于谓词，是预定义好的排序函数，我们称之为“仿函数”。后面会介绍它的用法。

void main()
{
    //定义优先级队列(默认是最大值优先级队列)
    priority_queue<int> p1;
    //定义一个最大优先级队列
    //less是提前定义好的预定义函数 相当于谓词
    priority_queue<int, vector<int>, less<int>> p2;
    //定义一个最小值优先级队列v
    priority_queue<int, vector<int>, greater<int>> p3;
    //给默认的最大优先级队列入栈
    p1.push(33);
    p1.push(11);
    p1.push(55);
    p1.push(22);
    //打印最大优先级的对头元素
    cout<<"对头元素:"<< p1.top() <<endl;
    cout<<"队列的大小:"<< p1.size() <<endl;
    //给最小值优先级队列入栈
    p3.push(33);
    p3.push(11);
    p3.push(55);
    p3.push(22);
    //打印最小优先级队列的对头元素
    cout<<"对头元素:"<< p3.top() <<endl;
    cout<<"队列的大小:"<< p3.size() <<endl;
}

STL中的set和multiset集合容器

set是一个集合，Objective-C语言中也有集合的概念。C++中的集合与OC中的集合也有不同的地方。

  • C++的set容器，其中包含的元素是唯一的，而且是有序的。
  • C++的set容器，是按照顺序插入的，不能在指定位置插入。
  • C++的set容器，其结构是红黑二叉树，插入数据的效率比vector快
set元素的插入和删除

set提供了insert和erase函数，用来对元素进行插入和删除操作。

  • 基础类型数据，如果插入的是重复的元素，则插入失败，返回值是一个pair类型
  • pair类型类似于swift语言中的元组的概念，通过其判断是否插入成功
  • 复杂类型数据，需要通过仿函数来确定元素的顺序，进入判断是否是重复元素。在“自定义对象的排序”里面讲解。
void main()
{
    set<int> set1;
    //插入元素
    for (int i = 0; i<5; i++) {
        int tmp = rand();
        set1.insert(tmp);
    }
    //重复插入元素（会插入不成功，下一节会分析如果根据返回值判断是否插入成功）
    set1.insert(100);
    set1.insert(100);
    set1.insert(100);
    set1.insert(100);
    for (set<int>::iterator it = set1.begin(); it != set1.end(); it++) {
        cout << *it <<" ";
    }
    //删除集合
    while(!set1.empty())
    {
        //获取头部
        set<int>::iterator it = set1.begin();
        //打印头部元素
        cout << *it << endl;
        //从头部删除元素
        set1.erase(set1.begin());
    }
}
普通数据类型的排序

set容器是有序的集合，默认的顺序是从小到大的。

创建集合的方式：

  • set<int>创建默认的从小到大的int类型的集合
  • set<int,less<int>>创建一个从小打到大的int类型的集合
  • set<int,greater<int>>创建一个从大到小的int类型的集合

上面的less和greater就是仿函数，集合会根据这个仿函数的返回值是否为真类进行排序。

//仿函数的原型，下面是C++提供的默认的greater的仿函数(删除了宏定义后的)
struct greater
{
    bool operator()(const int &left, const int &right) const
    {
        //如果左值>右值，为真。从大到小的排列
        return left > right;
    }
};

我们可以测试下，添加进set集合的元素确实是有顺的。

void main()
{
    //默认，从小到大
    set<int> set1;
    //从小到大--默认就是
    set<int, less<int>> set2;
    //从大到小
    set<int, greater<int>> set3;
	//添加元素
    for (int i = 0; i < 5; i++) {
        int tmp = rand();
        set3.insert(tmp);
    }
    //遍历
    for (set<int>::iterator it = set3.begin(); it != set3.end(); it++) {
        cout<< *it << " ";
    }
}
自定义对象的排序

上面，我们看到了基础的数据类型的集合，是可以排序的。但是，如果集合里面放的是特殊的自定义对象，该如何满足set有序的特性呢？

通过上面的例子，我们知道，基础数据类型的set是有序的关键原因是greater和less仿函数。所以，自定义对象的有序也是通过我们自定义仿函数来保证的。

仿函数，之所以叫仿函数，是因为它跟函数很像，但并不是一个函数。它的结果如下，只要我们实现了这个仿函数，我们也可以对自定义对象进行排序。

//定义仿函数的结构体
struct FunctionName
{
    //重载了()运算符，实现两个自定义对象的比较
    bool opeartor() (Type &left, Type &right)
    {
        //左值大于右值，从大到小的顺序
        if(left > right) 
            return true;
        else
            return false;
        }
};

下面，我们自定义一个Student对象，根据年龄进行排序，将对象加入到set集合中，并进行打印。

如果仿函数实现了根据年龄进行排序，因为set是元素唯一的，所以在插入对象的时候，如果年龄是重复的，则插入不进去了。

//定义student对象
class Student {
public:
    Student(const char *name, int age)
    {
        strcpy(this->name, name);
        this->age = age;
    }
    public:
    char name[64];
    int  age;
};
//提供仿函数，用于自定义对象的set进行排序，要写一个仿函数，用来排序
struct FuncStudent
{
    //重载了括号操作符，用来比较大小
    bool operator() (const Student &left, const Student &right)
    {
        //如果左边比右边小，从小到大按照年龄排序
        if(left.age < right.age)
            return true;
        else
            return false;
    }
    };
void main()
{
    Student s1("s1",32);
    Student s2("s2",22);
    Student s3("s3",44);
    Student s4("s4",11);
    Student s5("s5",22); 
    //创建集合，采用从小到大的排序
    set<Student, FuncStudent> set1;
    //插入数据
    set1.insert(s1);
    set1.insert(s2);
    set1.insert(s3);
    set1.insert(s4);
    //插入不进去(年龄有重复的，所以插不进去了),要通过返回值来确保是否插入成功
    set1.insert(s5);    
    //遍历
    for (set<Student>::iterator it = set1.begin(); it != set1.end(); it++) {
        cout << it->age << "\t" << it->name <<endl;
    }   
}
pair类型的返回值

pair类型，就类似于Swift语言中的“元组”的概念，这个类型包含了多个数据类型，在函数返回的时候，可以同时返回多个值。

我们来看一下pair类型的定义它实际上是一个结构体。它包含了两个属性，first和second。

template <class _T1, class _T2>
struct pair
{
    typedef _T1 first_type;
    typedef _T2 second_type;
	_T1 first;
    _T2 second;
}

上面的例子中，我们知道set集合中的元素是唯一的，重复的元素插入会失败。如果判断是否插入成功，我们可以通过insert函数的返回值来判断，它的返回值是一个pair类型。我们来看一下insert函数的原型:

pair<iterator,bool> insert(const value_type& __v)

返回的是pair<iterator, bool>类型，pair的第一个属性表示当前插入的迭代器的位置，第二个属性表示插入是否成功的bool值。所以，我们可以通过第二个属性来判断元素是否插入成功。

//pair的使用判断set的insert函数的返回值
void test3()
{
    Student s1("s1",32);
    Student s2("s2",22);
    Student s3("s3",44);
    Student s4("s4",11);
    Student s5("s5",22);
    //创建集合，采用从小到大的排序
    set<Student, FuncStudent> set1;
//插入数据，接收返回值
    pair<set<Student, FuncStudent>::iterator, bool> pair1 = set1.insert(s1);
    if (pair1.second == true) {
        cout << "插入s1成功" <<endl;
    }else{
        cout << "插入s1失败" <<endl;
    }
}
set容器数据的查找

set容器提供了多个函数用来查找元素

  • iterator find(const key_type& __k) find函数查找元素为k的迭代器位置
  • iterator lower_bound(const key_type& __k) lower_bound函数查找小于等于元素k的迭代器位置
  • iterator upper_bound(const key_type& __k) upper_bound函数查找大于元素k的迭代器位置
  • pair<iterator,iterator> equal_range(const key_type& __k) equal_range函数返回一个pair类型，第一个属性表示大于等于k的迭代器位置，第二个是大于k的迭代器位置
void test4()
{
    set<int> set1;
    for (int i = 0; i < 10; i++) {
        set1.insert(i+1);
    }
    //遍历
    for (set<int>::iterator it = set1.begin(); it != set1.end(); it++) {
        cout << *it <<endl;
    }
    //查找元素是5的迭代器位置
    set<int>::iterator it0 = set1.find(5);
    cout << "it0:" << *it0 <<endl;
    //查找小于等于5的元素迭代器位置
    set<int>::iterator it1 = set1.lower_bound(5);
    cout << "it1:" << *it1 <<endl;
    //查找大于5的元素迭代器位置
    set<int>::iterator it2 = set1.upper_bound(5);
    cout << "it2:" << *it2 <<endl;
    //返回的pair第一个迭代器是>=5,另一个是>5
    pair<set<int>::iterator, set<int>::iterator> mypair = set1.equal_range(5);
    set<int>::iterator it3 = mypair.first;
    set<int>::iterator it4 = mypair.second;
    cout << "it3:" << *it3 <<endl;
    cout << "it4:" << *it4 <<endl; 
}
multiset容器

multiset容器，与set容器相似，但是multiset容器中的元素可以重复。另外，他也是自动排序的，容器内部的值不能随便修改，因为有顺序的。

void test5()
{
    //定义multiset
    multiset<int> set1;
    //从键盘不停的接收值
    int tmp = 0;
    printf("请输入multiset集合的值:");
    scanf("%d", &tmp);
    while (tmp != 0) {
        set1.insert(tmp);
        scanf("%d", &tmp);
    }
    //迭代器遍历
    for (multiset<int>::iterator it = set1.begin(); it != set1.end(); it++) {
        cout<< *it <<" ";
    }
    cout <<endl;
   //删除
    while (!set1.empty()) {
        multiset<int>::iterator it = set1.begin();
        cout << *it << " ";
        set1.erase(it);
    }
}

STL中的map和multimap映射容器

map和multimap是一个键值映射的容器。map中的键值对都是唯一的，但是multimap中一个键可以对应多个值。

  • map和multimap是关联式容器，键值成对存在
  • map和multimap是红黑变体的平衡二叉树结构
  • map只支持唯一的键值对，集合中的元素是按照一定的顺序排列的
  • multimap中的键可以出现多次
  • map和multimap的元素插入过程是按照顺序插入的
map元素的增删改查

map元素的插入，有两种方式：

  1. 调用insert函数插入pair类型的键值对
  2. 直接使用[]来对键进行复制，类似于Objective-C中的NSMutableDictionary赋值一样。

map的insert函数返回的是pair类型，pair的第二个参数表示是否插入成功。如果插入的元素键名相同，则插入失败。

map元素的删除，跟上面其他的容器一样，都是直接调用erase函数.

int main()
{
    map<int, string> map1;
    //insert方法插入
    //--1 通过pair<int, string>(1,”chenhua“) 构造pair元素
    map1.insert(pair<int, string>(1,"chenhua"));
    //--2 通过make_pair构造pair元素
    map1.insert(make_pair(2,"mengna"));
    //--3 通过value_type构造pair元素
    map1.insert(map<int, string>::value_type(3,"chenmeng"));
    //[]直接插入
    map1[4] = "menghua";
    //重复插入(插入会不成功)
    pair<map<int, string>::iterator, bool> pair1 = map1.insert(make_pair(2, "haha"));
    if (pair1.second) {
        cout << "重复插入成功" << endl;
    }else{
        cout << "重复插入失败" << endl;
    }
    //元素的修改
    //map[1] = "22"的方式，如果不存在键则插入，存在键则修改
    map1[2] = "haha";
    //元素的删除
    //--删除值为"haha"的元素
    for (map<int, string>::iterator it = map1.begin(); it != map1.end(); it++) {
        if (it->second.compare("haha") == 0) {
            map1.erase(it);
        }
    }
    //遍历
    for (map<int, string>::iterator it = map1.begin(); it != map1.end(); it++) {
        cout << it->first << "\t" << it->second << endl;
    }
    return 0;
}
map元素的查找

map提供了两个函数进行key的查找：find和equal_range。

int main()
{
    //定义map
    map<int ,string> map1;
    map1[1] = "chenhua";
    map1[2] = "mengna";
    //查找key=100的键值对
    map<int, string>::iterator it = map1.find(100);
    if (it != map1.end()) {
        cout << "存在key=100的键值对";
    }else{
        cout << "不存在" << endl;
    }
    //查找key = 1000的位置
    //返回两个迭代器，第一个表示<=1000的迭代器位置，第二个是>1000的迭代器位置
    pair<map<int, string>::iterator, map<int, string>::iterator> mypair = map1.equal_range(1000);
    if (mypair.first == map1.end()) {
        cout << "大于等于5的位置不存在" << endl;
    }else{
        cout << mypair.first->first << "\t" << mypair.first->second << endl;
    }
    if (mypair.second == map1.end()) {
        cout << "大于5的位置不存在" << endl;
    }else{
        cout << mypair.second->first << "\t" << mypair.second->second << endl;
    }
    return 0;
}
multimap容器

multimap容器，与map容器的唯一区别是：multimap支持多个键值。

由于支持多个键值，multimap提供了cout函数来计算同一个key的元素个数。

class Person {     
	public:
    string name;    //姓名
    int age;        //年龄
    string tel;     //电话
    double sal;     //工资   
};
void test()
{
    Person p1,p2,p3,p4,p5;
    p1.name = "王1";
    p1.age  = 31;
	p2.name = "王2";
    p2.age  = 31;
    p3.name = "张3";
    p3.age  = 31;
    p4.name = "张4";
    p4.age  = 31;
    p5.name = "钱5";
    p5.age  = 31;
    multimap<string, Person> map2;
    //sale部门
    map2.insert(make_pair("sale", p1));
    map2.insert(make_pair("sale", p2));
    //development部门
    map2.insert(make_pair("development", p3));
    map2.insert(make_pair("development", p4));
    //Finanncial部门
    map2.insert(make_pair("Finanncial", p5));
    //遍历
    for (multimap<string, Person>::iterator it = map2.begin(); it != map2.end(); it++) {
        cout << it->first << "\t" << it->second.name << endl;
        }
    //按部门显示员工信息
    int developNum = (int) map2.count("development");
    cout << "development部门人数：" << developNum << endl;
    multimap<string,Person>::iterator it2 = map2.find("development");
    int tag = 0;
    while (it2 != map2.end() && tag < developNum) {
        cout << it2->first << "\t" << it2->second.name <<endl;
        it2 ++;
        tag ++;
    }
    //把age=32 修改name= 32
    for (multimap<string, Person>::iterator it = map2.begin(); it != map2.end(); it++) {
        if (it->second.age == 32) {
            it->second.name = "32";
        }
    }
}
int main(int argc, const char * argv[]) {
 	test();
    return 0;
}

STL容器的通用性探究

到这里，STL的容器我们基本讲解完毕了。STL的容器主要利用了C++的模板特性来实现。需要注意：

  • 容器缓存了节点，节点类要确保支持拷贝(否则出现浅拷贝问题，导致崩溃)
  • 容器中的一般节点类，需要提供拷贝构造函数，并重载等号操作符(用来赋值)
  • 容器在插入元素时，会自动进行元素的拷贝。

针对容器，容器之间也支持拷贝。所以需要注意：

  • 除了queue和stack外，每个容器都提供了可返回迭代器的函数，运用返回的跌打器就可以访问元素
  • 通常STL不会抛出异常，要求使用者确保传入正确的参数
  • 每个容器都提供了一个默认构造函数和一个默认拷贝构造函数
STL容器的元素拷贝

下面，我们演示一下，如果容器元素如果没有实现拷贝构造函数，出现浅拷贝后的崩溃问题。

#include <iostream>
#include <string>
#include <vector>
using namespace std;
class Student {
    public:
    Student(const char *name, int age)
    {
        cout << "构造函数" << endl;
        //分配内存空间
        m_name = new char[strlen(name) + 1];
        //值拷贝
        strcpy(m_name, name);
        m_age = age;
    }
    ~Student()
    {
        printf("%p 指向的空间 调用析构函数\n", m_name);
        if (m_name != NULL) {
            delete []m_name;
            m_age = 0;
        }
    }
    private:
    char *m_name;
    int   m_age;
    };
int main()
{
    Student s1("chenhua",24);
    vector<Student> v1;
    v1.push_back(s1);
    return 0;
}

上面的代码段，运行后的结果如下：

构造函数
0x100302a00 指向的空间 调用析构函数
0x100302a00 指向的空间 调用析构函数

运行后，打印出结果后并报错。报错原因是同一个内存空间被释放了2次，导致的崩溃。其根本原因是,v1将s1拷贝到容器，由于Student没有重写拷贝构造函数，从而出现了浅拷贝，只拷贝了地址。释放的时候毫无疑问出现错误。

如果我们给Student重写了拷贝构造函数和重载了等号操作符，则上面的错误就不会出现。

//重写拷贝构造函数
Student(const Student &obj)
{
    //分配内存空间
    m_name = new char[strlen(obj.m_name) + 1];
    //值拷贝
    strcpy(m_name, obj.m_name);
    m_age = obj.m_age;
}
    //重载等号运算符
Student & operator=(const Student &obj)
{
    //释放旧值
    if (m_name != NULL) {
        delete [] m_name;
        m_age = 0;
    }
    //分配内存空间并赋值
    m_name = new char[strlen(obj.m_name) + 1];
    strcpy(m_name, obj.m_name);
    m_age = obj.m_age;
    return *this;
}
STL容器的比较

STL提供了很多容器，每种容器有其自身的特点，我们该如何使用它们呢？

vectordequelistsetmutlisetmapmultimap
内存结构单端数组双端数组双向链表二叉树二叉树二叉树二叉树
随机存取是是否否否对key而言是否
查找速度慢慢非常慢快快对key而言快对key而言快
插入删除尾端头尾两端任何位置---$1

原文地址：《C++进阶-STL容器，你看我就够了》
原作者个人主页：岁与禾

# c++ # 容器 # 开发语言
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