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STL 概述

STL 的一个重要特点是数据结构和算法的分离。尽管这是个简单的概念，但这种分离确实使得 STL

变得非常通用。例如，由于 STL 的 sort()函数是完全通用的，你可以用它来操作几乎任何数据集合，包括

链表，容器和数组。

要点

STL 算法作为模板函数提供。为了和其他组件相区别，在本书中 STL 算法以后接一对圆括弧的方式

表示，例如 sort()。

STL 另一个重要特性是它不是面向对象的。为了具有足够通用性，STL 主要依赖于模板而不是封装，

继承和虚函数（多态性）——OOP 的三个要素。你在 STL 中找不到任何明显的类继承关系。这好像是一

种倒退，但这正好是使得 STL 的组件具有广泛通用性的底层特征。另外，由于 STL 是基于模板，内联函

数的使用使得生成的代码短小高效。

【提示】确保在编译使用了 STL 的程序中至少要使用-O 优化来保证内联扩展。STL 提供了大量的模

板类和函数，可以在 OOP 和常规编程中使用。所有的 STL 的大约 50 个算法都是完全通用的，而且不依

赖于任何特定的数据类型。下面的小节说明了三个基本的 STL 组件：

1）迭代器提供了访问容器中对象的方法。例如，可以使用一对迭代器指定 list 或 vector 中的一定范

围的对象。迭代器就如同一个指针。事实上，C++的指针也是一种迭代器。但是，迭代器也

可以是那些定义了 operator*()以及其他类似于指针的操作符地方法的类对象。

2）容器是一种数据结构，如 list，vector，和 deques ，以模板类的方法提供。为了访问容器中的数

据，可以使用由容器类输出的迭代器。

3）算法是用来操作容器中的数据的模板函数。例如，STL 用 sort()来对一个 vector 中的数据进行排

序，用 find()来搜索一个 list 中的对象。函数本身与他们操作的数据的结构和类型无关，因

此他们可以在从简单数组到高度复杂容器的任何数据结构上使用。

头文件

为了避免和其他头文件冲突， STL 的头文件不再使用常规的.h 扩展。为了包含标准的 string 类，迭

代器和算法，用下面的指示符：

#include <string>

#include <iterator>

#include <algorithm>

如果你查看 STL 的头文件，你可以看到象 iterator.h 和 stl_iterator.h 这样的头文件。由于这些名字在

各种 STL 实现之间都可能不同，你应该避免使用这些名字来引用这些头文件。为了确保可移植性，使用

相应的没有.h 后缀的文件名。表 1 列出了最常使用的各种容器类的头文件。

表 1. STL 头文件和容器类

#include

Container Class

<deque>

deque

<list>

list

<map>

map, multimap

<queue>

queue, priority_queue

<set>

set, multiset

<stack>

stack

vector, vector<bool>

名字空间

你的编译器可能不能识别名字空间。名字空间就好像一个信封，将标志符封装在另一个

名字中。标志符只在名字空间中存在，因而避免了和其他标志符冲突。例如，可能有其他库

和程序模块定义了 sort()函数，为了避免和 STL 地 sort()算法冲突，STL 的 sort()以及其他标

志符都封装在名字空间 std 中。STL 的 sort()算法编译为 std::sort()，从而避免了名字冲突。

尽管你的编译器可能没有实现名字空间，你仍然可以使用他们。为了使用 STL，可以将

下面的指示符插入到你的源代码文件中，典型地是在所有的#include 指示符的后面：

using namespace std;

迭代器

迭代器提供对一个容器中的对象的访问方法，并且定义了容器中对象的范围。迭代器就如同一个指

针。事实上，C++的指针也是一种迭代器。但是，迭代器不仅仅是指针，因此你不能认为他们一定具有

地址值。例如，一个数组索引，也可以认为是一种迭代器。

迭代器有各种不同的创建方法。程序可能把迭代器作为一个变量创建。一个 STL 容器类可能为了使用一

个特定类型的数据而创建一个迭代器。作为指针，必须能够使用*操作符类获取数据。你还可以使用其他

数学操作符如++。典型的，++操作符用来递增迭代器，以访问容器中的下一个对象。如果迭代器到达了

容器中的最后一个元素的后面，则迭代器变成 past-the-end 值。使用一个 past-the-end 值得指针来访问对

象是非法的，就好像使用 NULL 或为初始化的指针一样。

提示

STL 不保证可以从另一个迭代器来抵达一个迭代器。例如，当对一个集合中的对象排序时，如果你

在不同的结构中指定了两个迭代器，第二个迭代器无法从第一个迭代器抵达，此时程序注定要失败。这

是 STL 灵活性的一个代价。STL

不保证检测毫无道理的错误。

迭代器的类型

对于 STL 数据结构和算法，你可以使用五种迭代器。下面简要说明了这五种类型：

· Input iterators 提供对数据的只读访问。

· Output iterators 提供对数据的只写访问

· Forward iterators 提供读写操作，并能向前推进迭代器。

· Bidirectional iterators 提供读写操作，并能向前和向后操作。

· Random access iterators 提供读写操作，并能在数据中随机移动。

尽管各种不同的 STL 实现细节方面有所不同，还是可以将上面的迭代器想象为一种类继承关系。从这个意义

上说，下面的迭代器继承自上面的迭代器。由于这种继承关系，你可以将一个 Forward 迭代器作为一个 output

或 input 迭代器使用。同样，如果一个算法要求是一个 bidirectional 迭代器，那么只能使用该种类型和随机访

问迭代器。

指针迭代器

正如下面的小程序显示的，一个指针也是一种迭代器。该程序同样显示了 STL 的一个主要特性——它不只是

能够用于它自己的类类型，而且也能用于任何 C 或 C++类型。Listing 1, iterdemo.cpp, 显示了如何把指针作

为迭代器用于 STL 的 find()算法来搜索普通的数组。

表 1. iterdemo.cpp

#include <iostream.h>

#include <algorithm>

using namespace std;

#define SIZE 100

int iarray[SIZE];

Using STL

int main()

{

iarray[20] = 50;

int* ip = find(iarray, iarray + SIZE, 50);

if (ip == iarray + SIZE)

cout << "50 not found in array" << endl;

else

cout << *ip << " found in array" << endl;

return 0;

}

在引用了 I/O 流库和 STL 算法头文件（注意没有.h 后缀），该程序告诉编译器使用 std 名字空间。使用 std 名

字空间的这行是可选的，因为可以删除该行对于这么一个小程序来说不会导致名字冲突。

程序中定义了尺寸为 SIZE 的全局数组。由于是全局变量，所以运行时数组自动初始化为零。下面的语句将在

索引 20 位置处地元素设置为 50,并使用 find()算法来搜索值 50:

iarray[20] = 50;

int* ip = find(iarray, iarray + SIZE, 50);

find()函数接受三个参数。头两个定义了搜索的范围。由于 C 和 C++数组等同于指针，表达式 iarray 指向数组

的第一个元素。而第二个参数 iarray + SIZE 等同于 past-the-end 值，也就是数组中最后一个元素的后面位置。

第三个参数是待定位的值，也就是 50。find()函数返回和前两个参数相同类型的迭代器，这儿是一个指向整数

的指针 ip。

提示

必须记住 STL 使用模板。因此，STL 函数自动根据它们使用的数据类型来构造。

为了判断 find()是否成功，例子中测试 ip 和 past-the-end 值是否相等：

if (ip == iarray + SIZE) ...

如果表达式为真，则表示在搜索的范围内没有指定的值。否则就是指向一个合法对象的指针，这时可以用下

面的语句显示：:

cout << *ip << " found in array" << endl;

测试函数返回值和 NULL 是否相等是不正确的。不要象下面这样使用：

int* ip = find(iarray, iarray + SIZE, 50);

if (ip != NULL) ... // ??? incorrect

当使用 STL 函数时，只能测试 ip 是否和 past-the-end 值是否相等。尽管在本例中 ip 是一个 C++指针,其用法也

必须符合 STL 迭代器的规则。

容器迭代器

尽管 C++指针也是迭代器，但用的更多的是容器迭代器。容器迭代器用法和 iterdemo.cpp 一样，但和将迭代器

申明为指针变量不同的是，你可以使用容器类方法来获取迭代器对象。两个典型的容器类方法是 begin()和

end()。它们在大多数容器中表示整个容器范围。其他一些容器还使用 rbegin()和 rend()方法提供反向迭代器，

以按反向顺序指定对象范围。

下面的程序创建了一个矢量容器（STL 的和数组等价的对象），并使用迭代器在其中搜索。该程序和前一章

中的程序相同。

Listing 2. vectdemo.cpp

#include <iostream.h>

#include <algorithm>

#include <vector>

using namespace std;

vector<int> intVector(100);

void main()

{

intVector[20] = 50;

vector<int>::iterator intIter =

find(intVector.begin(), intVector.end(), 50);

if (intIter != intVector.end())

cout << "Vector contains value " << *intIter << endl;

else

cout << "Vector does not contain 50" << endl;

}

注意用下面的方法显示搜索到的数据：

cout << "Vector contains value " << *intIter << endl;

常量迭代器

和指针一样，你可以给一个迭代器赋值。例如，首先申明一个迭代器：

vector<int>::iterator first;

该语句创建了一个 vector<int>类的迭代器。下面的语句将该迭代器设置到 intVector 的第一个对象，并将它指

向的对象值设置为 123：:

first = intVector.begin();

*first = 123;

这种赋值对于大多数容器类都是允许的，除了只读变量。为了防止错误赋值，可以申明迭代器为：

const vector<int>::iterator result;

result = find(intVector.begin(), intVector.end(), value);

if (result != intVector.end())

*result = 123; // ???

警告

另一种防止数据被改变得方法是将容器申明为 const 类型。

『呀！在 VC 中测试出错,正确的含义是 result 成为常量而不是它指向的对象不允许改变，如同 int *const p;看

来这作者自己也不懂』

使用迭代器编程

你已经见到了迭代器的一些例子，现在我们将关注每种特定的迭代器如何使用。由于使用迭代器需要关于 STL

容器类和算法的知识，在阅读了后面的两章后你可能需要重新复习一下本章内容。

输入迭代器

输入迭代器是最普通的类型。输入迭代器至少能够使用==和!=测试是否相等；使用*来访问数据；使用++操作

来递推迭代器到下一个元素或到达 past-the-end 值。

为了理解迭代器和 STL 函数是如何使用它们的，现在来看一下 find()模板函数的定义：

template <class InputIterator, class T>

InputIterator find(

InputIterator first, InputIterator last, const T& value) {

while (first != last && *first != value) ++first;

return first;

}

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