C++学习之STL

C++ STL的概念

C++ STL（Standard Template Library，标准模板库）是C++标准库中的一个重要组成部分，提供了丰富的通用数据结构和算法。STL包含了多个容器（如vector、list、map等），迭代器（iterator）、算法（algorithm）等组件，可以帮助开发者更高效地进行数据处理和算法实现。

STL的主要概念包括：

容器（Containers）：STL提供了多种容器，如vector（动态数组）、list（双向链表）、map（关联数组）等，用于存储不同类型的数据。

迭代器（Iterators）：迭代器允许通过统一的方式遍历容器中的元素，从而实现对容器的操作。

算法（Algorithms）：STL包含了大量的通用算法，如排序、查找、复制等，可以直接应用于各种容器，并且具有高效性能和可重用性。

函数对象（Function Objects）：函数对象是可调用对象，类似于函数指针，用于在算法中执行特定操作。

适配器（Adapters）：STL提供了对容器和迭代器的适配器，如stack（栈）、queue（队列）、priority_queue（优先队列）等。

实际上，STL为C++程序员提供了强大的工具集，可以大大简化数据处理和算法实现的过程，提高代码的可读性和可维护性。

C++ STL：vector存放内置数据类型

当使用STL的vector容器来存放内置数据类型时，可以根据需求选择不同的操作和功能。下面是一些常见的使用情况和相应的代码示例：

创建一个包含int类型的vector，并添加元素：

#include <iostream>#include <vector>int main() {    std::vector<int> nums; // 创建一个存放int类型的vector    nums.push_back(1); // 添加元素到vector尾部    nums.push_back(2);    nums.push_back(3);    // 遍历打印所有元素    for (int i = 0; i < nums.size(); i++) {        std::cout << nums[i] << " ";    }    std::cout << std::endl;    return 0;}

输出结果为：1 2 3

在vector中查找指定值的元素：

#include <iostream>#include <vector>#include <algorithm>int main() {    std::vector<int> nums = {1, 2, 3, 4, 5};        // 使用find算法在vector中查找指定值    auto it = std::find(nums.begin(), nums.end(), 3);    if (it != nums.end()) {        std::cout << "元素找到了，位置为：" << std::distance(nums.begin(), it) << std::endl;    } else {        std::cout << "未找到指定元素" << std::endl;    }        return 0;}

输出结果为：元素找到了，位置为：2

使用迭代器进行遍历和修改：

#include <iostream>#include <vector>int main() {    std::vector<int> nums = {1, 2, 3, 4, 5};        // 使用迭代器遍历和修改元素    for (auto it = nums.begin(); it != nums.end(); ++it) {        // 修改当前位置的元素值        *it *= 2;    }        // 遍历打印修改后的元素    for (const auto& num : nums) {        std::cout << num << " ";    }    std::cout << std::endl;        return 0;}

输出结果为：2 4 6 8 10

这些示例展示了在存放内置数据类型的vector中进行元素添加、查找和修改的常用操作。需要注意的是，vector的大小可变，可以根据需要动态地添加或删除元素。

C++ STL：vector存放自定义数据类型

当使用STL的vector容器存放自定义数据类型时，需要注意以下几个情况，并相应提供代码示例：

定义自定义数据类型：

首先，要定义一个自定义数据类型，可以通过定义一个结构体或者类来实现。例如，我们定义一个名为Person的结构体，包含姓名和年龄两个成员变量：

struct Person {    std::string name;    int age;};

创建一个包含自定义数据类型的vector，并添加元素：

#include <iostream>#include <vector>struct Person {    std::string name;    int age;};int main() {    std::vector<Person> persons; // 创建一个存放Person类型的vector    Person p1{"Alice", 25}; // 创建并初始化一个Person对象    persons.push_back(p1); // 添加到vector中    persons.push_back({"Bob", 30}); // 可直接在push_back函数中创建并添加元素    // 遍历打印所有人的姓名和年龄    for (const auto& person : persons) {        std::cout << "姓名: " << person.name << ", 年龄: " << person.age << std::endl;    }    return 0;}

输出结果为：

姓名: Alice, 年龄: 25姓名: Bob, 年龄: 30

在vector中查找指定值的元素：

#include <iostream>#include <vector>#include <algorithm>struct Person {    std::string name;    int age;};int main() {    std::vector<Person> persons = {{"Alice", 25}, {"Bob", 30}, {"Charlie", 35}};    // 使用find_if算法在vector中查找年龄大于等于30的人    auto it = std::find_if(persons.begin(), persons.end(), [](const Person& p) {        return p.age >= 30;    });    if (it != persons.end()) {        std::cout << "找到年龄大于等于30的人，姓名：" << it->name << ", 年龄：" << it->age << std::endl;    } else {        std::cout << "未找到符合条件的人" << std::endl;    }    return 0;}

输出结果为：找到年龄大于等于30的人，姓名：Bob, 年龄：30

使用迭代器进行遍历和修改：

#include <iostream>#include <vector>struct Person {    std::string name;    int age;};int main() {    std::vector<Person> persons = {{"Alice", 25}, {"Bob", 30}, {"Charlie", 35}};    // 使用迭代器遍历和修改元素    for (auto& person : persons) {        // 修改年龄        person.age += 1;    }    // 遍历打印修改后的所有人的姓名和年龄    for (const auto& person : persons) {        std::cout << "姓名: " << person.name << ", 年龄: " << person.age << std::endl;    }    return 0;}

输出结果为：

姓名: Alice, 年龄: 26姓名: Bob, 年龄: 31姓名: Charlie, 年龄: 36

这些示例展示了在存放自定义数据类型的vector中进行元素添加、查找和修改的常见操作。需要注意的是，自定义数据类型要重载适用于该类型的运算符，例如比较运算符等，以便在算法中使用。

C++ STL：容器嵌套容器

在STL中，容器嵌套容器是一种常见的数据结构设计方式。它允许我们在一个容器中存放另一个容器作为其元素。下面是几个常见的容器嵌套容器的示例：

Vector嵌套vector：

#include <iostream>#include <vector>int main() {    // 创建一个嵌套vector的容器    std::vector<std::vector<int>> nestedVector;    // 创建并添加第一个内层vector    std::vector<int> innerVector1 = {1, 2, 3};    nestedVector.push_back(innerVector1);    // 创建并添加第二个内层vector    std::vector<int> innerVector2 = {4, 5, 6};    nestedVector.push_back(innerVector2);    // 遍历打印所有元素    for (const auto& innerVec : nestedVector) {        for (const auto& num : innerVec) {            std::cout << num << " ";        }        std::cout << std::endl;    }    return 0;}

输出结果为：

1 2 3 4 5 6 

Vector嵌套map：

#include <iostream>#include <vector>#include <map>int main() {    // 创建一个嵌套map的容器    std::vector<std::map<std::string, int>> nestedVectorMap;    // 创建并添加第一个内层map    std::map<std::string, int> innerMap1 = {{"apple", 1}, {"banana", 2}};    nestedVectorMap.push_back(innerMap1);    // 创建并添加第二个内层map    std::map<std::string, int> innerMap2 = {{"orange", 3}, {"grape", 4}};    nestedVectorMap.push_back(innerMap2);    // 遍历打印所有元素    for (const auto& innerMap : nestedVectorMap) {        for (const auto& pair : innerMap) {            std::cout << pair.first << ": " << pair.second << " ";        }        std::cout << std::endl;    }    return 0;}

输出结果为：

apple: 1 banana: 2 orange: 3 grape: 4 

Map嵌套vector：

#include <iostream>#include <map>#include <vector>int main() {    // 创建一个嵌套vector的容器    std::map<std::string, std::vector<int>> nestedMapVector;    // 创建并添加第一个内层vector    std::vector<int> innerVector1 = {1, 2, 3};    nestedMapVector["A"] = innerVector1;    // 创建并添加第二个内层vector    std::vector<int> innerVector2 = {4, 5, 6};    nestedMapVector["B"] = innerVector2;    // 遍历打印所有元素    for (const auto& pair : nestedMapVector) {        std::cout << pair.first << ": ";        for (const auto& num : pair.second) {            std::cout << num << " ";        }        std::cout << std::endl;    }    return 0;}

输出结果为：

A: 1 2 3 B: 4 5 6 

这些示例展示了如何在STL中创建和使用嵌套容器。嵌套容器的设计可以根据需求灵活变化，允许我们构建复杂的数据结构来满足特定的应用场景。

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