1. 標準模板庫 STL 概述

1 泛型程式設計

C++中有兩個方面體現重用：

• 面向物件的思想：繼承和多型，標準類庫
• 泛型程式設計（generic programming）的思想：模板機制，以及標準模板庫 STL。  

泛型程式設計：簡單的說就是使用模板的程式設計法。

將一些常用的資料結構（比如連結串列，陣列，二叉樹）寫成類模板，演算法（比如排序，查詢）寫成函式模板。 

標準模板庫（STL）就是一些常用資料結構和演算法的模板的集合。

• 容器：可容納各種資料型別的通用資料結構，是類模板
• 迭代器：可用於依次存取容器中元素，類似於指標
• 演算法：用來操作容器中的元素的函式模板 

                  sort() 來對一個 vector 中的資料進行排序。

                  find() 來搜尋一個 list 中的物件。

演算法本身與它們操作的資料的型別無關，因此它們可以在從簡單陣列到高度複雜容器的任何資料結構上使用。 

int array[100];

 該陣列就是容器，而 int * 型別的指標變數

sort (array, array+70); //將前70個元素排序。

2 容器概述

• 順序容器：vector，deque，list
• 關聯容器：set，multiset，map，multimap
• 容器介面卡：stack，queue，priority_queue 

物件被插入容器中時，被插入的是物件的一個複製品。許多演算法，比如排序、查詢，要求對容器中的元素進行比較，還有的容器本身就是排序的，所以，放入容器的物件所屬的類，往往還應該過載 "==" 和 "<" 運算子。

2.1 順序容器簡介

容器並非排序的，元素的插入位置同元素的值無關。

有  vector，deque，list 三種。

2.1.1 vector

• vector ：標頭檔案 <vector> 

動態陣列。元素在記憶體連續存放。隨機存取任何元素都能在常數時間完成。在尾端增刪元素具有較佳的效能（大部分情況下是常數時間，只有原先分配的記憶體不足，需重新分配記憶體的情況下才不是常數時間）。在頭部和中間增刪元素為O(N)時間。

2.1.2 deque 

• deque：標頭檔案 <deque>  

雙向佇列。元素在記憶體連續存放。隨機存取任何元素都能在常數時間完成（但次於 vector）。在兩端增刪元素具有較佳的效能（大部分情況下是常數時間）。 

2.1.3 list

• list： 標頭檔案 <list>

雙向連結串列。元素在記憶體不連續存放。在任何位置增刪元素都能在常數時間完成。不支援隨機存取。

2.2 關聯容器簡介

• 元素是排序的。
• 插入任何元素，都按相應的排序規則來確定其位置。
• 在查詢時具有非常好的效能。
• 通常以平衡二叉樹方式實現，插入和檢索的時間都是 O(log(N)) 。

2.2.1 set/multiset 

• set/multiset：標頭檔案 <set>

set 即集合。 set 中不允許相同元素，multiset 中允許存在相同的元素。

2.2.2 map/multimap

•  map/multimap：標頭檔案 <map>

map 與 set 的不同在於 map 中存放的元素有且僅有兩個成員變數，一個名為 first，另一個名為 second， map 根據 first 值對元素進行從小到大排序，並可快速地根據 first 來檢索元素。（first：key；second：value）。

map 和 multimap 的不同在於是否允許相同 first 值的元素。 

2.3 容器介面卡簡介

2.3.1 stack

• stack：標頭檔案 <stack> 

棧。是項的有限序列，並滿足序列中被刪除、檢索和修改的項只能是最近插入序列的項（棧頂的項）。後進先出。 

2.3.2 queue

• queue：標頭檔案 <queue> 

佇列。插入只可以在尾部進行，刪除、檢索和修改只允許從頭部進行。先進先出。 

2.3.3 priority_queue

• priority_queue：標頭檔案 <queue>

優先順序佇列。最高優先順序元素總是第一個出列。 

2.4 順序容器和關聯容器中都有的成員函式

2.5 順序容器常用的成員函式

3 迭代器

• 用於指向順序容器和關聯容器中的元素。
• 迭代器用法和指標類似。
• 有 const 和非 const 兩種。 
• 通過迭代器可以讀取它指向的元素。
• 通過非 const 迭代器還能修改其指向的元素。 

 定義一個容器類的迭代器的方法可以是：

容器類名::iterator  變數名;

容器類名::const_iterator  變數名;

訪問一個迭代器指向的元素：

* 迭代器變數名

迭代器上可以執行 ++ 操作，以式其指向容器中的下一個元素。如果迭代器到達了容器中的最後一個元素的後面，此時再使用它，就會出錯，類似於使用 NULL 或未初始化的指標一樣。 

#include <iostream>
#include <vector>
using namespace std;

int main()
{
	vector<int> v;  //一個存放 int 元素的陣列，一開始裡面沒有元素。
	v.push_back(1);
	v.push_back(2);
	v.push_back(3);
	v.push_back(4);
	vector<int>::const_iterator i; //常量迭代器
	for( i=v.begin();i!=v.end();i++)
		cout << *i << ",";
	cout << endl;
	vector<int>::reverse_iterator r; //反向迭代器
	for( r=v.rbegin();r!=v.rend();r++)
		cout << *r << ",";
	cout << endl;
	vector<int>::iterator j; //非常量迭代器
	for( j=v.begin();j!=v.end();j++)
		*j = 100;    //修改迭代器所指向內容的值
	for( i=v.begin();i!=v.end();i++)
		cout << *i << ",";

	system("pause");
	return 0;
}

3.2 雙向迭代器

若 p 和 p1 都是雙向迭代器，則可對 p、p1 可進行以下操作：

• ++p，p++ ：使 p 指向容器中下一個元素。
• --p，p--     ：使 p 指向容器中上一個元素。
• * p             ：取 p 指向的元素。
• p = p1       ：賦值。
• p == p1，p != p1 ：判斷是否相等、不等。

3.3 隨機訪問迭代器 

若 p 和 p1 都是隨機訪問迭代器，則可對 p、p1 可進行以下操作：

• 雙向迭代器的所有操作。
• p += i  ：將 p 向後移動 i 個元素。
• p - = i  ：將 p 向前移動 i 個元素。
• p + i    ：值為：指向 p 後面的第 i 個元素的迭代器。
• p - i     ：值為：指向 p 前面的第 i 個元素的迭代器。
• p [i]     ：值為：p 後面的第 i 個元素的引用。
• p < p1，p <= p1，p > p1，p >= p1 

                     容器                                      容器上的迭代器類別

                vector、deque                                   隨機訪問

             list、set/multiset、map/multimap            雙向

             stack、queue、priority_queue          不支援迭代器

有的演算法，例如 sort ，binary_search 需要通過隨機訪問迭代器來訪問容器中的元素，那麼 list 以及關聯容器就不支援該演算法。   

vector 的迭代器是隨機迭代器，遍歷 vector 可以有以下幾種做法（deque 亦然）：

vector<int> v(100);
int i;
for(i=0;i<v.size();i++)
	cout << v[i];  //根據下標隨機訪問
vector<int>::const_iterator ii;
for(ii=v.begin();ii!=v.end();ii++)
	cout << *ii;
for(ii=v.begin();ii<v.end();ii++)
	cout << *ii;
ii = v.begin();
while(ii<v.end())
{
	cout << *ii;
	ii = ii + 2; //間隔一個輸出
}

list 的迭代器是雙向迭代器，正確的遍歷 list 的方法：

list<int> v;
list<int>::const_iterator ii;
for(ii=v.begin();ii!=v.end();ii++)
	cout << *ii;

錯誤的做法：

for(ii=v.begin();ii < v.end();ii++)
	cout << *ii;
for(int i=0;i<v.size();i++)
	cout << v[i];
//雙向迭代器不支援 < ，list 沒有 [] 成員。

4 演算法簡介

• 演算法就是一個個函式模板，大多數在<algorithm>中定義。
• 演算法通過迭代器來操縱容器中的元素。許多演算法可以對容器中的一個區域性區間進行操作，因此需要兩個引數，一個是起始元素的迭代器，一個是終止元素的後面一個元素的迭代器。比如，排序和查詢。
• 有的演算法返回一個迭代器。比如 find() 演算法，在容器中查詢一個元素，並返回一個指向該元素的迭代器。
• 演算法可以處理容器，也可以處理普通陣列。

4.1 演算法例項：find()  

template<class Init, class T>
Init find(Init first, Init last, const T & val);

•  first 和 last 這兩個引數都是容器的迭代器，它們給出了容器中的查詢區間起點和終點 [first, last)。區間的起點位於查詢範圍之中的，而終點不是。find 在 [first, last) 查詢等於 val 的元素。
• 用“==”運算子判斷相等。
• 函式返回值是一個迭代器。如果找到，則該迭代器指向被找到的元素。如果找不到，則該迭代器等於 last。

#include <iostream>
#include <vector>
#include <algorithm>
using namespace std;

int main()  
{//find 演算法示例
	int array[10] = {10,20,30,40};
	vector<int> v;
	v.push_back(1);
	v.push_back(2);
	v.push_back(3);
	v.push_back(4);
	vector<int>::iterator p;
	p = find(v.begin(),v.end(),3); //包含v.begin()，不包含v.end()
	if(p!=v.end())
		cout << *p << endl; //輸出3
	p = find(v.begin(),v.end(),9);
	if(p==v.end())
		cout << "not found" << endl;
	p = find(v.begin()+1,v.end()-2,1); //整個容器：[1,2,3,4]，查詢區間：[2,3)
	if(p!=v.end())
		cout << *p << endl; //找不到，指向v.end()-2，輸出3
	int * pp = find(array,array+4,20); //陣列名是迭代器
	cout << *pp << endl;

	system("pause");
	return 0;
}