C++，STL 六大组件：容器、迭代器、算法、函数对象、适配器、分配器

请添加图片描述

文章目录

引言
一、容器（Containers）
- 主要分类
二、迭代器（Iterators）
三、算法（Algorithms）
四、函数对象（Functors）
五、适配器（Adapters）
六、分配器（Allocators）
结语

引言

C++ 标准模板库（Standard Template Library, STL）是泛型编程的典范，其核心思想是通过高度抽象的组件实现数据结构和算法的解耦。STL 的成功离不开其六大核心组件的协同工作：容器（Containers）、迭代器（Iterators）、算法（Algorithms）、函数对象（Functors）、适配器（Adapters）和分配器（Allocators）。这些组件各司其职，共同构建了一个高效、灵活且通用的编程框架。本文将深入解析这六大组件的功能、用法及其相互关系。

一、容器（Containers）

容器是 STL 的基础，用于存储和管理数据集合。所有容器均通过模板实现，支持任意数据类型，且提供统一的操作接口。

主要分类

顺序容器：
- vector：动态数组，支持快速随机访问，尾部插入高效。
- list：双向链表，插入/删除高效，但随机访问性能差。
- deque：双端队列，支持头部和尾部高效插入。
关联容器：
- set/multiset：基于红黑树的有序集合，元素自动排序。
- map/multimap：键值对集合，键唯一（map）或允许多键（multimap）。
无序容器：（C++11+）
- unordered_set/unordered_map：基于哈希表，查询效率接近 O(1)。

示例代码：

#include <vector>
#include <unordered_map>std::vector<int> nums = {1, 2, 3};  // 动态数组
std::unordered_map<std::string, int> wordCount = {{"apple", 5}, {"banana", 3}};  // 哈希表

二、迭代器（Iterators）

迭代器是访问容器元素的通用接口，类似于指针，但抽象了底层容器的实现细节。它充当容器和算法之间的桥梁，使得算法可以独立于容器类型工作。

迭代器分类：

输入迭代器：只读，单向移动（如 istream_iterator）。
输出迭代器：只写，单向移动（如 ostream_iterator）。
前向迭代器：可读写，单向移动（如 forward_list 的迭代器）。
双向迭代器：可双向移动（如 list 的迭代器）。
随机访问迭代器：支持随机跳转（如 vector 的迭代器）。

示例代码：

std::vector<int> vec = {3, 1, 4, 1, 5};
for (auto it = vec.begin(); it != vec.end(); ++it) {std::cout << *it << " ";  // 通过迭代器遍历容器
}

三、算法（Algorithms）

STL 提供了超过 100 种泛型算法，涵盖排序、查找、数值计算等操作。这些算法通过迭代器操作容器，无需依赖具体容器类型。

常用算法：

排序与查找：sort(), find(), binary_search()
修改操作：copy(), replace(), reverse()
数值计算：accumulate(), inner_product()

示例代码：

#include <algorithm>
std::vector<int> nums = {5, 3, 9, 1};
std::sort(nums.begin(), nums.end());  // 排序算法
auto it = std::find(nums.begin(), nums.end(), 9);  // 查找元素

四、函数对象（Functors）

函数对象（仿函数）是重载了 operator() 的类实例，可以像函数一样调用。它常用于定制算法的行为（如比较、转换逻辑）。

常见用途：

比较器：std::less<>, std::greater<>
算术操作：std::plus<>, std::multiplies<>
自定义逻辑：结合 Lambda 表达式（C++11+）

示例代码：

#include <functional>
std::vector<int> nums = {1, 4, 2, 8};
// 使用 greater<> 降序排序
std::sort(nums.begin(), nums.end(), std::greater<int>());// 使用 Lambda 表达式过滤偶数
auto isEven = [](int x) { return x % 2 == 0; };
auto it = std::find_if(nums.begin(), nums.end(), isEven);

五、适配器（Adapters）

适配器基于现有组件扩展功能，通过限制或调整接口满足特定需求。

常见适配器类型：

容器适配器
- stack：基于 deque 或 list 实现后进先出（LIFO）。
- queue：基于 deque 实现先进先出（FIFO）。
- priority_queue：基于 vector 实现堆结构。
迭代器适配器
- reverse_iterator：反向遍历容器。
- back_insert_iterator：尾部插入元素的迭代器。

示例代码：

#include <stack>
std::stack<int> s;  // 默认基于 deque
s.push(10);
s.push(20);
s.pop();  // 弹出 20

六、分配器（Allocators）

分配器负责管理容器的内存分配与释放。默认使用 std::allocator，通常无需直接操作，但在需要优化内存性能（如内存池）时非常有用。

核心功能：

allocate()：分配内存块。
deallocate()：释放内存块。
construct()/destroy()：构造或析构对象。

示例场景：

// 自定义分配器（伪代码）
template<typename T>
class CustomAllocator {// 实现 allocate, deallocate 等方法
};std::vector<int, CustomAllocator<int>> customVec;  // 使用自定义分配器