C++提供一套标准的library称为C++ standard library完全以template完成,所以又被称为Standard Template Library。这套library专门有于实现常用的据结构(例如arry、list......)以及常用的算法(例如push,pop,insert,delete,query,retrieval......)。
一般来说,STL包含六个主要的组件:
1.containers(泛型容器)
2.generic algorithms(泛型算法)
3.iterators(泛型指针)
4.function objects
5.adaptors
6.allocators
以下简单介绍前三个组件,让大家领略一下template的强大弹性。
一、STL Cintainers
STL实现了一些常用的数据结构,这些结构用来收容许多数据,所以被称为container,主要分为两大类:
1. sequence container:内含有序而类型一致的元素。例如vector(也就是array)和list,以及deque。deque的行为类似vector,但对于插入(insertion)和删除(deletion)第一个元素特别有效率;
2.associative container:这种数据结构对于查询(query)或取出(retrieval)某一个元素的动作特别有效率。例如map和set。所谓map是key/value的成对组合:key用来查询,value包含真正的数据。电话簿和字典都适合以map来完成,所以map又被 称为dictionary。
mapt 和set中的每一个key都只能出现一次,如果key必需出现一次以上,则另有所谓的multimap和multiset适用。
以下我举一个vector实例,让大家见识一下template classes的弹性。
1 #include <vector> // STL's vector 2 #include <iostream> 3 using namespace std; 4 void main(){ 5 vector<int> ivec; 6 cout << "ivec: size: " << ivec.size() << " " 7 << "capacity: " << ivec.capacity() << endl; 8 for (int ix = 0; ix < 24; ix++) 9 { 10 ivec.push_back( ix ); 11 cout << "ivec: size: " << ivec.size() << " " 12 "capacity: " << ivec.capacity() << endl; 13 } 14 }
程序解析:
第1行:使用STL vector必需导入<vector>这个头文件;
第3行:STL中所有的classes、functions、templates、types都定义于一个特殊的namespace std之中,第3行的用意是让我们的程序能够识别到那个std namespace。
第5行:声明一个vector,名称为ivec,内部可以放数据类型为int的元素。
第6、7行:在尚未对ivec加入任何元素之前,检查其大小与容量,所谓的大小(size)是指vector内的元素个数,所谓容量(capacity)是指这个vector目前可以装多少元素。
第8~13行:加入24个元素到ivec中,每加入一个元素,就检查ivec的大小与容量,这里我们用到了vector的三个member functions:push_back()、size()、capacity().
执行结果:
ivec: size: 0 capacity: 0 ivec: size: 1 capacity: 1 ivec: size: 2 capacity: 2 ivec: size: 3 capacity: 4 ivec: size: 4 capacity: 4 ivec: size: 5 capacity: 8 ivec: size: 6 capacity: 8 ivec: size: 7 capacity: 8 ivec: size: 8 capacity: 8 ivec: size: 9 capacity: 16 ivec: size: 10 capacity: 16 ivec: size: 11 capacity: 16 ivec: size: 12 capacity: 16 ivec: size: 13 capacity: 16 ivec: size: 14 capacity: 16 ivec: size: 15 capacity: 16 ivec: size: 16 capacity: 16 ivec: size: 17 capacity: 32 ivec: size: 18 capacity: 32 ivec: size: 19 capacity: 32 ivec: size: 20 capacity: 32 ivec: size: 21 capacity: 32 ivec: size: 22 capacity: 32 ivec: size: 23 capacity: 32 ivec: size: 24 capacity: 32
我们可以从执行结果归纳出两个结论:
1.vector的容量是可以变化的;
2.vector的容量(capacity)变化,是以power of 2累增;
二、STL Generic Algorithm(泛型算法)
为了对付STL的各种containers,以及C++本身的内置数据类型,STL提供了一组所谓的generic algorithm(泛型算法)。称之为algorithhm,是因为这些函数都用来执行最普遍的动作,比如排序、搜索、最大值、最小值等等。之所以称为generic(泛型)则是因为它们适用于各种container types,包括STL的vector,list,set,map,以及语言内置的build-in array type。
STL提供的generic algorithm非常多,比如一个简单的”字串倒序“实例:
1 #include <iostream.h> 2 #include <algorithm> // STL 3 #include <string.h> 4 using namespace std; // STL 5 void main(){ 6 char* string1 = "ABCBEFGHJK"; 7 cout << string1 << endl; 8 int N1 = strlen(string1); 9 reverse(string1, string1 + N1); 10 cout << string1 << endl; 11 }
执行结果:
ABCDEFGHJK KJHGFEDCBA
程序解析:
第2行:使用generic algorithm,必需导入<algorithm>这个头文件;
第4行:STL中所有的classes、functions、templates、types都定义于一个特殊的namespace std之中,第4行的用意是让我们的程序能够识别到那个std namespace。
第9行:使用reverse()(一个generic algorithm)来逆转字符串,此函数的两个参数都是操作对象(某个container)的iterators,分别批向第一个元素和最后一个元素。所谓iterator是一个泛型指针。
三、STL Iterators(迭代器)
STL containers的弹性很大,可以让你放置自定义类型的数据。STL Container之所以能够和STL generic algorithm发生连接,靠的是它的一对iterators,使得generic algorithm能够在container身上来回移动。
所谓iterator,可以把它看成是一种泛型指针,它的作用是提供一般化的方法,使我们得以存取任何一种container中的任何一个元素。Iterator其实也是一个template class,它最少必需提供四个operators:
1.increment operator:用以移往下一个元素,例如++iter。
2.dereference operator:用以取出真正的元素个体,例如:*iter。
3.equlity operator:用以判断两个iterators是否相等,例如iter1==iter2。
4.inequlity operator:用以判断两个iterators是否不相等,例如:iter1 !=iter2.
任何一个STL container type都必须提供两个member functions:begin()和end(),传回的iterator分别指向container的第一个和最后一个元素,下面是以先前的vector<int>ivec为例,示范iterator的声明与应用:
1 vector<int> ivec; 2 ... 3 vector<int>::iterator iter = ivec.begin(); 4 vector<int>::iterator iter_end = ivec.end(); 5 for (; iter != iter_end; ++iter) 6 cout << *iter << endl;
最后的for loop 可以将ivec内部的元素全部显示到屏幕上;