简介

STL 是“Standard Template Library”的缩写，中文译为“标准模板库”或者“泛型库”。STL 是 C++ 标准库的一部分，不用单独安装。

在实际的开发过程中，数据结构本身的重要性不会逊于操作于数据结构的算法的重要性，当程序中存在着对时间要求很高的部分时，数据结构的选择就显得更加重要。经典的数据结构数量有限，但是我们常常重复着一些为了实现向量、链表等结构而编写的代码，这些代码都十分相似，只是为了适应不同数据的变化而在细节上有所出入。

C++ 对模板（Template）支持得很好，STL 就是借助模板把常用的数据结构及其算法都实现了一遍，并且做到了数据结构和算法的分离。例如，vector 的底层为顺序表（数组），list 的底层为双向链表，deque 的底层为循环队列，set 的底层为红黑树，hash_set 的底层为哈希表。

版本

HP STL是C++ STL的第一个实现版本，而且开放源代码。其他版本的C++ STL，一般是以HP STL为蓝本实现出来的。不过，现在已经很少直接使用此版本的 STL 了。SGI STL 在 Linux 平台上的性能非常出色。PJ STL 被 Visual C++ 编译器所采用，但和 HP STL、SGI STL 不同的是，PJ STL 并不是开源。

组成部分

STL可分为容器(containers)、迭代器(iterators)、空间配置器(allocator)、配接器(adapters)、算法(algorithms)、仿函数(functors)六个部分。

STL的组成 含义
容器 一些封装数据结构的模板类，例如 vector 向量容器、list 列表容器等。
算法 STL 提供了非常多（大约 100 个）的数据结构算法，它们都被设计成一个个的模板函数，这些算法在 std 命名空间中定义，其中大部分算法都包含在头文件 中，少部分位于头文件 中。
迭代器 在 C++ STL 中，对容器中数据的读和写，是通过迭代器完成的，扮演着容器和算法之间的胶合剂。
函数对象 如果一个类将 () 运算符重载为成员函数，这个类就称为函数对象类，这个类的对象就是函数对象（又称仿函数）。
适配器 可以使一个类的接口（模板的参数）适配成用户指定的形式，从而让原本不能在一起工作的两个类工作在一起。值得一提的是，容器、迭代器和函数都有适配器。
内存分配器 为容器类模板提供自定义的内存申请和释放功能，由于往往只有高级用户才有改变内存分配策略的需求，因此内存分配器对于一般用户来说，并不常用。

在C++标准中，STL被组织为下面的13个头文件：algorithm、deque、functional、iterator、vector、list、map、memory、numeric、queue、set、stack和utility。

一些常用头文件
#include

vector是变长数组，支持随机访问，不支持在任意位置O(1)插入。为了保证效率，元素的增删一般应该在末尾进行。

​ 声明

​ #include 头文件

​ vector a; 相当于一个长度动态变化的int数组

​ vector b[233]; 相当于第一维长233，第二位长度动态变化的int数组

​ struct rec{…};

​ vector c; 自定义的结构体类型也可以保存在vector中

​ size/empty

size函数返回vector的实际长度（包含的元素个数），empty函数返回一个bool类型，表明vector是否为空。二者的时间复杂度都是O(1)。

所有的STL容器都支持这两个方法，含义也相同，之后我们就不再重复给出。

​ clear

​ clear函数把vector清空。

​ 迭代器

​ 迭代器就像STL容器的“指针”，可以用星号“*”操作符解除引用。

​ 一个保存int的vector的迭代器声明方法为：

​ vector::iterator it;

vector的迭代器是“随机访问迭代器”，可以把vector的迭代器与一个整数相加减，其行为和指针的移动类似。可以把vector的两个迭代器相减，其结果也和指针相减类似，得到两个迭代器对应下标之间的距离。

​ begin/end

begin函数返回指向vector中第一个元素的迭代器。例如a是一个非空的vector，则*a.begin()与a[0]的作用相同。

所有的容器都可以视作一个“前闭后开”的结构，end函数返回vector的尾部，即第n个元素再往后的“边界”。*a.end()与a[n]都是越界访问，其中n=a.size()。

下面两份代码都遍历了vectora，并输出它的所有元素。

for (int I = 0; I < a.size(); I ++) cout << a[i] << endl;

for (vector::iterator it = a.begin(); it != a.end(); it ++) cout << *it << endl;

​ front/back

​ front函数返回vector的第一个元素，等价于*a.begin() 和 a[0]。

​ back函数返回vector的最后一个元素，等价于*==a.end() 和 a[a.size() – 1]。

​ push_back() 和 pop_back()

a.push_back(x) 把元素x插入到vector a的尾部。

​ b.pop_back() 删除vector a的最后一个元素。

#include

头文件queue主要包括循环队列queue和优先队列priority_queue两个容器。

​

​ 声明

​ queue q;

​ struct rec{…}; queue q; //结构体rec中必须定义小于号

​ priority_queue q; // 大根堆

​ priority_queue<int, vector, greater q; // 小根堆

​ priority_queue<pair<int, int>>q;

​ 循环队列 queue

​ push 从队尾插入

​ pop 从队头弹出

​ front 返回队头元素

​ back 返回队尾元素

​ 优先队列 priority_queue

​ push 把元素插入堆

​ pop 删除堆顶元素

​ top 查询堆顶元素（最大值）

#include

头文件stack包含栈。声明和前面的容器类似。

push 向栈顶插入

pop 弹出栈顶元素

#include

双端队列deque是一个支持在两端高效插入或删除元素的连续线性存储空间。它就像是vector和queue的结合。与vector相比，deque在头部增删元素仅需要O(1)的时间；与queue相比，deque像数组一样支持随机访问。

[] 随机访问

begin/end，返回deque的头/尾迭代器

front/back 队头/队尾元素

push_back 从队尾入队

push_front 从队头入队

pop_back 从队尾出队

pop_front 从队头出队

clear 清空队列

#include

头文件set主要包括set和multiset两个容器，分别是“有序集合”和“有序多重集合”，即前者的元素不能重复，而后者可以包含若干个相等的元素。set和multiset的内部实现是一棵红黑树，它们支持的函数基本相同。

声明

​ set s;

struct rec{…}; set s; // 结构体rec中必须定义小于号

multiset s;

size/empty/clear

​ 与vector类似

迭代器

set和multiset的迭代器称为“双向访问迭代器”，不支持“随机访问”，支持星号(*)解除引用，仅支持”++”和–“两个与算术相关的操作。

设it是一个迭代器，例如set::iterator it;

若把it++，则it会指向“下一个”元素。这里的“下一个”元素是指在元素从小到大排序的结果中，排在it下一名的元素。同理，若把it–，则it将会指向排在“上一个”的元素。

​ begin/end

​ 返回集合的首、尾迭代器，时间复杂度均为O(1)。

​ s.begin() 是指向集合中最小元素的迭代器。

s.end() 是指向集合中最大元素的下一个位置的迭代器。换言之，就像vector一样，是一个“前闭后开”的形式。因此–s.end()是指向集合中最大元素的迭代器。

​ insert

​ s.insert(x)把一个元素x插入到集合s中，时间复杂度为O(logn)。

​ 在set中，若元素已存在，则不会重复插入该元素，对集合的状态无影响。

​ find

s.find(x) 在集合s中查找等于x的元素，并返回指向该元素的迭代器。若不存在，则返回s.end()。时间复杂度为O(logn)。

​ lower_bound/upper_bound

​ 这两个函数的用法与find类似，但查找的条件略有不同，时间复杂度为 O(logn)。

s.lower_bound(x) 查找大于等于x的元素中最小的一个，并返回指向该元素的迭代器。

s.upper_bound(x) 查找大于x的元素中最小的一个，并返回指向该元素的迭代器。

​ erase

设it是一个迭代器，s.erase(it) 从s中删除迭代器it指向的元素，时间复杂度为O(logn)

设x是一个元素，s.erase(x) 从s中删除所有等于x的元素，时间复杂度为O(k+logn)，其中k是被删除的元素个数。

​ count

​ s.count(x) 返回集合s中等于x的元素个数，时间复杂度为 O(k +logn)，其中k为元素x的个数。

#include

map容器是一个键值对key-value的映射，其内部实现是一棵以key为关键码的红黑树。Map的key和value可以是任意类型，其中key必须定义小于号运算符。

​ 声明

​ map<key_type, value_type> name;

​ 例如：

​ map<long, long, bool> vis;

​ map<string, int> hash;

​ map<pair<int, int>, vector> test;

​ size/empty/clear/begin/end均与set类似。

​ Insert/erase

​ 与set类似，但其参数均是pair<key_type, value_type>。

​ find

​ h.find(x) 在变量名为h的map中查找key为x的二元组。

​ []操作符

​ h[key] 返回key映射的value的引用，时间复杂度为O(logn)O(logn)。

[]操作符是map最吸引人的地方。我们可以很方便地通过h[key]来得到key对应的value，还可以对h[key]进行赋值操作，改变key对应的value。