STL —— 核心组成部分和特性概述

C++ 标准模板库（Standard Template Library, STL）是 C++ 标准库的核心组成部分，提供了一系列通用、高效的模板化数据结构和算法。它的设计基于泛型编程思想，通过高度解耦的组件实现了代码复用和灵活性。以下是 STL 的核心组成部分和特性概述：

1. 核心组件

(1) 容器（Containers）

(2) 迭代器（Iterators）

(3) 算法（Algorithms）

(4) 函数对象（Functors）与 Lambda

(5) 适配器（Adapters）

2. 关键特性

(1) 泛型编程

(2) 高性能

(3) 可扩展性

3. 常用容器性能对比

4. 典型代码示例

5. 注意事项

1. 核心组件

(1) 容器（Containers）

作用：存储和管理数据的对象。
分类：
- 顺序容器：线性排列元素（如 vector, list, deque, array, forward_list）。
- 关联容器：基于键（Key）有序存储（如 set, map, multiset, multimap）。
- 无序关联容器：基于哈希表的无序存储（如 unordered_set, unordered_map）。
- 容器适配器：对底层容器的封装（如 stack, queue, priority_queue）。

(2) 迭代器（Iterators）

作用：提供对容器元素的统一访问接口，充当容器与算法之间的桥梁。
类型：
- 输入迭代器（只读）、输出迭代器（只写）
- 前向迭代器（单向遍历）、双向迭代器（支持反向）、随机访问迭代器（支持跳跃访问）。

示例：

vector<int> vec = {1, 2, 3};
for (auto it = vec.begin(); it != vec.end(); ++it) {cout << *it << " ";  // 输出: 1 2 3
}

(3) 算法（Algorithms）

作用：操作容器中的元素，如排序、查找、遍历等。
特点：通过迭代器与容器解耦，不依赖具体容器类型。
常见算法：
- sort(), find(), reverse(), copy(), transform(), accumulate()。

(4) 函数对象（Functors）与 Lambda

函数对象：重载了 operator() 的类，可像函数一样调用（如 greater<int> 用于降序排序）。

Lambda 表达式（C++11）：匿名函数，简化算法的定制操作。

vector<int> nums = {3, 1, 4};
sort(nums.begin(), nums.end(), [](int a, int b) { return a > b; }); // 降序排序

(5) 适配器（Adapters）

作用：修改组件接口（如 stack 基于 deque 实现，但限制为后进先出操作）。

2. 关键特性

(1) 泛型编程

通过模板（Templates）实现类型无关的代码，例如 vector<int> 和 vector<string> 使用同一套实现逻辑。

(2) 高性能

容器和算法经过高度优化（如 vector 的连续内存访问、unordered_map 的哈希表平均 O(1) 查找）。

(3) 可扩展性

允许用户自定义容器、迭代器或函数对象，并与 STL 协同工作。

3. 常用容器性能对比

容器	插入/删除时间复杂度	随机访问	底层结构
`vector`	尾部 O(1)，其他 O(n)	O(1)	动态数组
`list`	O(1)	不支持	双向链表
`deque`	头尾 O(1)	O(1)	分块数组
`map`/`set`	O(log n)	不支持	红黑树
`unordered_map`	平均 O(1)	不支持	哈希表

4. 典型代码示例

#include <iostream>
#include <vector>
#include <algorithm>
using namespace std;int main() {// 容器与算法结合vector<int> vec = {5, 2, 8, 1, 9};sort(vec.begin(), vec.end());  // 升序排序// 使用 Lambda 表达式过滤偶数auto it = remove_if(vec.begin(), vec.end(), [](int x) { return x % 2 != 0; });vec.erase(it, vec.end());// 输出结果：2 8for (auto num : vec) {cout << num << " ";}return 0;
}