【C++】标准模板库（STL）
目录
一、什么是 STL？
二、STL 的内容
2.1 STL 六大组件
2.2 容器
2.3 算法
2.4 适配器
2.4.1 stack
2.4.2 queue & priority_queue
三、STL 的使用场景
3.1 向量 vector
3.2 双端队列 deque
3.3 vector 与 deque 的比较（数组和链表的特性区别）
3.4 队列 list
3.5 集合 set
3.6 映射 map
3.7 对 vector、set、map 的区分
四、常用容器用法介绍
一、什么是 STL？
标准模板库 STL（Standard Template Library），是 C++ 标准库的一部分，不需要单独安装，只需要 #include 头文件。
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；
STL 的另一个重要特性是它不是面向对象的。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。在 STL 中找不到任何明显的类继承关系，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，STL 是基于模板（Template）实现的，只换类型，不换方法，内联函数的使用使得生成的代码短小高效；
C++ 语言的核心优势之一就是便于软件的复用，它在两个方面体现了复用：
- 面向对象的继承和多态机制
- 通过模板的概念实现了对泛型程序设计的支持
二、STL 的内容
2.1 STL 六大组件
- 容器（Container）：各种数据结构，如 vector、list、deque、set、map 等，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；
- 算法（Algorithm）：各种常用算法，提供了执行各种操作的方式，包括对容器内容执行初始化、排序、搜索和转换等操作，如 sort、find、copy、erase 函数等。函数本身与它们操作的数据的结构和类型无关，因此它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；
- 迭代器（Iterator）：迭代器提供了访问容器中对象的方法，扮演容器与算法之间的胶合剂，是所谓的“泛型指针”，共有 5 种类型，以及其他衍生变化，是一种将 operator*、operator->、operator++、operator-- 等指针操作予以重载的模板类。所有的 STL 容器附带有自己专属的迭代器，因为只有容器设计者才知道如何遍历自己的元素；
- 仿函数（Functor）：也称为函数对象（Function object），行为类似函数，可作为算法的某种策略。从实现角度来看，仿函数是一种重载了 operator() 的类或者模板类；
- 适配器（Adaptor）：一种用来修饰容器、仿函数或者迭代器接口的机制。例如 STL 提供的 queue 和 stack，就是一种空间配接器，因为它们的底部完全借助于 deque；
- 分配器（allocator）：也称为空间配置器，负责空间的配置与管理。从实现的角度来看，配置器是一个实现了动态配置空间、空间管理、空间释放的模板类。
2.2 容器
（1）序列式容器（Sequence containers）—— 每个元素都有固定位置，取决于插入时机和地点，和元素值无关，如 vector、deque、list 等；
- Vector：将元素置于一个动态数组中加以管理，可以随机存取元素（用索引直接存取），数组尾部添加或移除元素非常快速，但是在中部或头部安插元素比较费时；
- Deque：是“double-ended queue”的缩写，可以随机存取元素（用索引直接存取），数组头部和尾部添加或移除元素都非常快速，但是在中部安插元素比较费时；
- List：双向链表，不提供随机存取（按顺序走到需存取的元素，O(n)），在任何位置上执行插入或删除动作都非常迅速，内部只需调整一下指针；
（2）关联式容器（Associated containers）—— 元素位置取决于特定的排序准则，和插入顺序无关，如 set、multiset、map、multimap 等。
- Set / Multiset：内部的元素依据其值自动排序，set 内的相同数值的元素只能出现一次，multiset 内可包含多个数值相同的元素，内部由二叉树实现，便于查找；
- Map / Multimap：map 的元素是成对的键值 / 实值，内部的元素依据其值自动排序，map 内的相同数值的元素只能出现一次，multimap 内可包含多个数值相同的元素，内部由二叉树实现，便于查找；
注意：容器类自动申请和释放内存，无需 new 和 delete 操作。
2.3 算法
算法部分主要由头文件
是所有 STL 头文件中最大的一个，是由很多模板函数组成的，可以认为每个函数在很大程度上都是独立的，其中常用到的功能有比较、交换、查找、遍历、复制、修改、移除、反转、排序、合并等操作； 体积很小，只包括几个在序列上面进行简单数学运算的模板函数，包括加法和乘法在序列上的一些操作； 中则定义了一些模板类，用以声明函数对象。
STL中算法大致分为四类：
- 非可变序列算法：指不直接修改其所操作的容器内容的算法；
- 可变序列算法：指可以修改它们所操作的容器内容的算法；
- 排序算法：对序列进行排序和合并的算法、搜索算法以及有序序列上的集合操作；
- 数值算法：对容器内容进行数值计算。
2.4 适配器
“适配器是使一种事物的行为类似于另外一种事物行为的机制”，适配器对容器进行包装，使其表现出另外一种行为。例如 stack
- 头文件
#include // stack
#include // queue、priority | 种类 | 默认顺序容器 | 可用顺序容器 | 说明 |
| stack | deque | vector、list、deque | |
| queue | deque | list、deque | 基础容器必须提供 push_front() 运算 |
| priority_queue | vector | vector、deque | 基础容器必须提供随机访问功能 |
- 适配器的使用
2.4.1 stack
stack s; // 初始化
stack> stk; // 覆盖默认容器类型，使用vector实现stk
s.empty(); // 判断stack是否为空，为空返回true，否则返回false
s.size(); // 返回stack中元素的个数
s.pop(); // 删除栈顶元素，但不返回其值
s.top(); // 返回栈顶元素的值，但不删除此元素
s.push(item); // 在栈顶压入新元素item 2.4.2 queue & priority_queue
// queue only:
queue q; // 初始化
q.front(); // 返回队首元素的值，但不删除该元素
q.back(); // 返回队尾元素的值，但不删除该元素
// priority_queue only:
priority_queue q; // 初始化
q.top(); // 返回具有最高优先级的元素值，但不删除该元素
// both:
q.empty(); // 判断队列是否为空
q.size(); // 返回队列长度
q.push(item); /* 对于queue，在队尾压入一个新元素；
* 对于priority_queue，在基于优先级的适当位置插入新元素
*/ 三、STL 的使用场景
3.1 向量 vector
底层实现：动态数组
适用场景：需要快速查找，不需要频繁插入删除，如软件历史操作记录的存储。
3.2 双端队列 deque
底层实现：链表
使用场景：支持头端的快速移除，尾端的快速添加，如排队购票系统。如果采用 vector，则头端移除时，会移动大量的数据，速度慢。
3.3 vector 与 deque 的比较（数组和链表的特性区别）
- vector.at() 比 deque.at() 效率高，如 vector.at(0) 是固定的，deque 的开始位置却不固定；
- 如果有大量释放操作的话，vector 花费的时间更少，这与二者的内部实现有关；
- deque 支持头部的快速插入与快速移除，这是 deque 的优势（链表）。
3.4 队列 list
底层实现：链表
使用场景：支持频繁的不确定位置元素的插入删除，不需要快速查找，如公交车乘客的存储。
3.5 集合 set
底层实现：红黑树（平衡二叉树）
使用场景：查找具体到某个单位，区别于 vector 一般是某个范围。需要元素有序，查找 / 删除 / 插入的性能相同，效率都是 O(logN)。如对游戏个人得分记录的存储，要求按从高到低的顺序排列。
3.6 映射 map
底层实现：红黑树
使用场景：查找具体到某个单位，区别于 set 范围更大，如按 ID 号存储十万个用户，想要快速通过 ID 查找对应的用户。
3.7 对 vector、set、map 的区分
- 当班里有100个人，我们需要不断查看这100个人的数据，这时我们使用 vector 最好，这就是相对于某个范围。
- 当班里仍有100个人，我们只需要查看某个人的数据，我们这时不使用 vector，而应该使用 set，这就是相对于具体某个人。
- 当班里有10000个人时，我们仍只需要查看某个人的数据，我们这时不使用 set，而应该使用 map，因为范围扩大，用 map 效率更高。
四、常用容器用法介绍
将陆续更新各个容器的详细用法链接
【C++】STL - 向量 vector
【C++】STL - 集合 set