C++ STL
STL
STL（Standard Template Library），即标准模板库，是一个具有工业强度的，高效的C++程序库。该库包含了诸多在计算机科学领域里所常用的基本数据结构和基本算法。为广大C++程序员们提供了一个可扩展的应用框架，高度体现了软件的可复用性。
STL 最初由惠普实验室开发，于 1998 年被定为国际标准，正式成为 C++ 程序库的重要组成部分。值得一提的是，如今 STL 已完全被内置到支持 C++ 的编译器中，无需额外安装。
STL 就位于各个 C++ 的头文件中，即它并非以二进制代码的形式提供，而是以源代码的形式提供。
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；
从根本上说，STL 是一些容器、算法和其他一些组件的集合，所有容器和算法都是总结了几十年来算法和数据结构的研究成果，汇集了许多计算机专家学者经验的基础上实现的，因此可以说，STL 基本上达到了各种存储方法和相关算法的高度优化。
注意，这里提到的容器，本质上就是封装有数据结构的模板类，例如 list、vector、set、map 等。
从逻辑层次来看，在STL中体现了泛型化程序设计的思想，引入了诸多新的名词，比如像需求（requirements），概念（concept），模型（model），容器（container），算法（algorithmn），迭代子（iterator）等。与OOP（object-oriented programming）中的多态（polymorphism）一样，泛型也是一种软件的复用技术。
从实现层次看，整个STL是以一种类型参数化的方式实现的，这种方式基于一个在早先C++标准中没有出现的语言特性--模板（template）。
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。
STL的六大组件
| STL的组成 | 含义 |
|---|---|
| 容器 | 一些封装数据结构的模板类，例如 vector 向量容器、list 列表容器等。 |
| 算法 | STL 提供了非常多（大约 100 个）的数据结构算法，它们都被设计成一个个的模板函数，这些算法在 std 命名空间中定义，其中大部分算法都包含在头文件 <algorithm> 中，少部分位于头文件 <numeric> 中。 |
| 迭代器 | 在 C++ STL 中，对容器中数据的读和写，是通过迭代器完成的，扮演着容器和算法之间的胶合剂。 |
| 函数对象 | 如果一个类将 () 运算符重载为成员函数，这个类就称为函数对象类，这个类的对象就是函数对象（又称仿函数）。 |
| 适配器 | 可以使一个类的接口（模板的参数）适配成用户指定的形式，从而让原本不能在一起工作的两个类工作在一起。值得一提的是，容器、迭代器和函数都有适配器。 |
| 内存分配器 | 为容器类模板提供自定义的内存申请和释放功能，由于往往只有高级用户才有改变内存分配策略的需求，因此内存分配器对于一般用户来说，并不常用。 |
STL头文件
| <iterator> | <functional> | <vector> | <deque> |
| <list> | <queue> | <statck> | <set> |
| <map> | <algorithm> | <numeric> | <memory> |
| <utility> | <unordered_map> | <unordered_set> |
容器
| 容器种类 | 功能 |
|---|---|
| 序列容器 | 主要包括 vector 向量容器、list 列表容器以及 deque 双端队列容器。之所以被称为序列容器，是因为元素在容器中的位置同元素的值无关，即容器不是排序的。将元素插入容器时，指定在什么位置，元素就会位于什么位置。 |
| 排序容器 | 包括 set 集合容器、multiset多重集合容器、map映射容器以及 multimap 多重映射容器。排序容器中的元素默认是由小到大排序好的，即便是插入元素，元素也会插入到适当位置。所以关联容器在查找时具有非常好的性能。 |
| 哈希容器 | C++ 11 新加入 4 种关联式容器，分别是 unordered_set 哈希集合、unordered_multiset 哈希多重集合、unordered_map 哈希映射以及 unordered_multimap 哈希多重映射。和排序容器不同，哈希容器中的元素是未排序的，元素的位置由哈希函数确定。 |
迭代器
尽管不同容器的内部结构各异，但它们本质上都是用来存储大量数据的，换句话说，都是一串能存储多个数据的存储单元。因此，诸如数据的排序、查找、求和等需要对数据进行遍历的操作方法应该是类似的。
这样，利用泛型技术，将它们设计成适用所有容器的通用算法，从而将容器和算法分离开的想法就出现了。但实现此目的需要有一个类似中介的装置，它除了要具有对容器进行遍历读写数据的能力之外，还要能对外隐藏容器的内部差异，从而以统一的界面向算法传送数据。
由此，迭代器的概念就诞生了。Iterator（迭代器）又称Cursor（游标），用于提供一种方法顺序访问一个聚合对象中各个元素, 而又不需暴露该对象的内部表示。即：Iterator是运用于聚合对象的一种模式，通过运用该模式，使得我们可以在不知道对象内部表示的情况下，按照一定顺序（由iterator提供的方法）访问聚合对象中的各个元素。
迭代器的作用：能够让迭代器与算法不干扰的相互发展，最后又能无间隙的粘合起来，重载了*，＋＋，＝＝，！＝，＝运算符。用以操作复杂的数据结构，容器提供迭代器，算法使用迭代器；常见的一些迭代器类型：iterator、const_iterator、reverse_iterator和const_reverse_iterator.
常用的迭代器按功能强弱分为输入迭代器、输出迭代器、前向迭代器、双向迭代器、随机访问迭代器 5 种。
输入迭代器和输出迭代器比较特殊，它们不是把数组或容器当做操作对象，而是把输入流/输出流作为操作对象。
1) 前向迭代器（forward iterator）
假设 p 是一个前向迭代器，则 p 支持 ++p，p++，*p 操作，还可以被复制或赋值，可以用 == 和 != 运算符进行比较。此外，两个正向迭代器可以互相赋值。
2) 双向迭代器（bidirectional iterator）
双向迭代器具有正向迭代器的全部功能，除此之外，假设 p 是一个双向迭代器，则还可以进行 --p 或者 p-- 操作（即一次向后移动一个位置）。
3) 随机访问迭代器（random access iterator）
随机访问迭代器具有双向迭代器的全部功能。除此之外，假设 p 是一个随机访问迭代器，i 是一个整型变量或常量，则 p 还支持以下操作：
- p+=i：使得 p 往后移动 i 个元素。
- p-=i：使得 p 往前移动 i 个元素。
- p+i：返回 p 后面第 i 个元素的迭代器。
- p-i：返回 p 前面第 i 个元素的迭代器。
- p[i]：返回 p 后面第 i 个元素的引用。
此外，两个随机访问迭代器 p1、p2 还可以用 <、>、<=、>= 运算符进行比较。另外，表达式 p2-p1 也是有定义的，其返回值表示 p2 所指向元素和 p1 所指向元素的序号之差（也可以说是 p2 和 p1 之间的元素个数减一）。
| 容器 | 对应的迭代器类型 |
|---|---|
| array | 随机访问迭代器 |
| vector | 随机访问迭代器 |
| deque | 随机访问迭代器 |
| list | 双向迭代器 |
| set / multiset | 双向迭代器 |
| map / multimap | 双向迭代器 |
| forward_list | 前向迭代器 |
| unordered_map / unordered_multimap | 前向迭代器 |
| unordered_set / unordered_multiset | 前向迭代器 |
| stack | 不支持迭代器 |
| queue | 不支持迭代器 |
迭代器的定义方式
| 迭代器定义方式 | 具体格式 |
|---|---|
| 正向迭代器 | 容器类名::iterator 迭代器名; |
| 常量正向迭代器 | 容器类名::const_iterator 迭代器名; |
| 反向迭代器 | 容器类名::reverse_iterator 迭代器名; |
| 常量反向迭代器 | 容器类名::const_reverse_iterator 迭代器名; |
STL迭代器辅助函数
| 迭代器辅助函数 | 功能 |
|---|---|
| advance(it, n) | it 表示某个迭代器，n 为整数。该函数的功能是将 it 迭代器前进或后退 n 个位置。 |
| distance(first, last) | first 和 last 都是迭代器，该函数的功能是计算 first 和 last 之间的距离。 |
| begin(cont) | cont 表示某个容器，该函数可以返回一个指向 cont 容器中第一个元素的迭代器。 |
| end(cont) | cont 表示某个容器，该函数可以返回一个指向 cont 容器中最后一个元素之后位置的迭代器。 |
| prev(it) | it 为指定的迭代器，该函数默认可以返回一个指向上一个位置处的迭代器。注意，it 至少为双向迭代器。 |
| next(it) | it 为指定的迭代器，该函数默认可以返回一个指向下一个位置处的迭代器。注意，it 最少为前向迭代器。 |
算法
函数库对数据类型的选择对其可重用性起着至关重要的作用。举例来说，一个求方根的函数，在使用浮点数作为其参数类型的情况下的可重用性肯定比使用整型作为它的参数类性要高。而C++通过模板的机制允许推迟对某些类型的选择，直到真正想使用模板或者说对模板进行特化的时候，STL就利用了这一点提供了相当多的有用算法。它是在一个有效的框架中完成这些算法的——你可以将所有的类型划分为少数的几类，然后就可以在模版的参数中使用一种类型替换掉同一种类中的其他类型。
STL提供了大约100个实现算法的模版函数，比如算法for_each将为指定序列中的每一个元素调用指定的函数，stable_sort以你所指定的规则对序列进行稳定性排序等等。只要我们熟悉了STL之后，许多代码可以被大大的化简，只需要通过调用一两个算法模板，就可以完成所需要的功能并大大地提升效率。
算法部分主要由头文件<algorithm>，<numeric>和<functional>组成。
<algorithm>是所有STL头文件中最大的一个（尽管它很好理解），它是由一大堆模版函数组成的，可以认为每个函数在很大程度上都是独立的，其中常用到的功能范围涉及到比较、交换、查找、遍历操作、复制、修改、移除、反转、排序、合并等等。
<numeric>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。
<functional>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。
