|
Stl 學習
提供了類型安全、高效而易用特性的STL無疑是最值得C++程序員驕傲的部分。每一個C＋＋程序員都應該好好學習STL：).
STL（Standard Template Library 標準模板庫）是C＋＋標準庫的一個重要組成部分，它由Stepanov and Lee等人最先開發，它是與C＋＋幾乎同時開始開發的；一開始STL選擇了Ada作爲實現語言，但Ada有點不爭氣，最後他們選擇了C＋＋，一個原因了，C＋＋中已經有了模板。在後來，STL又被添加進了C＋＋庫。1996年，惠普公司又免費公開了STL，爲STL的推廣做了很大的貢獻。
STL大體上包括container（容器）、algorithm（算法）和iterator（迭代器），容器和算法通過迭代器可以進行無縫連接。
STL體現了範型編程的思想，它具有高度的可重用性，高性能，高移植性。程序員不用思考具體實現過程，只要能夠熟練的應用就OK了。（有興趣研究具體實現的，可以看侯捷老師編著的《STL源碼剖析》）這樣他們就可以把精力放在程序開發的別的方面。
我非常佩服創造STL的那些計算機和數學精英。因爲他們做了一件非常辛苦的事情―――抽象概念。而STL就是通過把容器抽象爲統一的接口，算法利用這個接口，通過迭代器來操縱容器。因爲接口不變，實現的容器可以隨意更改。這樣，就爲編程、調試和擴展提供了便利。也許有一天，我們生產軟件的時候也可以想DIY一臺PC一樣簡單，只要拿來相應的實現模塊，通過簡單的拼裝和調試就可以創造一個軟件。這是多麼令人興奮的一件事^_^.不過，到時候，可能會有很多程序員失業了。呵呵，畢竟編寫類庫不需要很多的人員。
雖然STL不是面向對象的，但，我想，每個人都會爲它的創造力和高性能而感到興奮和折服。
一、容器
作爲STL的最主要組成部分－－容器，分爲向量（vector），雙端隊列(deque)，表(list)，隊列（queue），堆棧(stack)，集合(set)，多重集合(multiset)，映射(map)，多重映射(multimap)。
|
容器
|
特性
|
所在頭文件
|
|
向量vector
|
可以用常數時間訪問和修改任意元素，在序列尾部進行插入和刪除時，具有常數時間複雜度，對任意項的插入和刪除就有的時間複雜度與到末尾的距離成正比，尤其對向量頭的添加和刪除的代價是驚人的高的
|
<vector>
|
|
雙端隊列deque
|
基本上與向量相同，唯一的不同是，其在序列頭部插入和刪除操作也具有常量時間複雜度
|
<deque>
|
|
表list
|
對任意元素的訪問與對兩端的距離成正比，但對某個位置上插入和刪除一個項的花費爲常數時間。
|
<list>
|
|
隊列queue
|
插入只可以在尾部進行，刪除、檢索和修改只允許從頭部進行。按照先進先出的原則。
|
<queue>
|
|
堆棧stack
|
堆棧是項的有限序列，並滿足序列中被刪除、檢索和修改的項只能是最近插入序列的項。即按照後進先出的原則
|
<stack>
|
|
集合set
|
由節點組成的紅黑樹，每個節點都包含着一個元素，節點之間以某種作用於元素對的謂詞排列，沒有兩個不同的元素能夠擁有相同的次序，具有快速查找的功能。但是它是以犧牲插入車刪除操作的效率爲代價的
|
<set>
|
|
多重集合multiset
|
和集合基本相同，但可以支持重複元素具有快速查找能力
|
<set>
|
|
映射map
|
由{鍵，值}對組成的集合，以某種作用於鍵對上的謂詞排列。具有快速查找能力
|
<map>
|
|
多重集合multimap
|
比起映射，一個鍵可以對應多了值。具有快速查找能力
|
<map>
|
考慮到不同的實際需要，更主要的是效率的需要，我們可以選擇不同的容器來實現我們的程序，以此達到我們提高性能的目的。這也是用好STL的一個難點，但這也是關鍵。
二、算法
算法部分主要由頭文件<algorithm>，<numeric>和<functional>組成。<algorithm>是所有STL頭文件中最大的一個，它是由一大堆模版函數組成的，可以認爲每個函數在很大程度上都是獨立的，其中常用到的功能範圍涉及到比較、交換、查找、遍歷操作、複製、修改、移除、反轉、排序、合併等等。<numeric>體積很小，只包括幾個在序列上面進行簡單數學運算的模板函數，包括加法和乘法在序列上的一些操作。<functional>中則定義了一些模板類，用以聲明函數對象。
STL的算法也是非常優秀的，它們大部分都是類屬的，基本上都用到了C＋＋的模板來實現，這樣，很多相似的函數就不用自己寫了，只要用函數模板就OK了。
我們使用算法的時候，要針對不同的容器，比如：對集合的查找，最好不要用通用函數find（），它對集合使用的時候，性能非常的差，最好用集合自帶的find（）函數，它針對了集合進行了優化，性能非常的高。
三、迭代器
它的具體實現在<itertator> 中，我們完全可以不管迭代器類是怎麼實現的，大多數的時候，把它理解爲指針是沒有問題的（指針是迭代器的一個特例，它也屬於迭代器），但是，決不能完全這麼做。
|
迭代器功能（Abilities Of Iterator Gategories）
|
|
輸入迭代器
Input iterator
|
向前讀
Reads forward
|
istream
|
|
輸出迭代器
Output iterator
|
向前寫
Writes forward
|
ostream,inserter
|
|
前向迭代器
Forward iterator
|
向前讀寫
Read and Writes forward
|
|
|
雙向迭代器
Bidirectional iterator
|
向前向後讀寫
Read and Writes forward and
backward
|
list,set,multiset,map,mul
timap
|
|
隨機迭代器
Random access iterator
|
隨機讀寫
Read and Write with random
access
|
vector,deque,array,string
|
由此可見，指針和迭代器還是有很大差別的。和指針最接近的就是隨機訪問迭代器。下面是一個我編寫的小例子：功能是分別對數組，向量，表，多重集合進行插入操作，對每個容器插入100萬個隨機整數；
|
#include<iostream>
#include<iterator>
#include<vector>
#include<list>
#include<set>
#include<time.h>
#include<conio.h>
#include<algorithm>
using namespace std;
template<typename T>
void arrayInsert(T*a,T*s,long size) //向數組插入數據
{
//for(long i=0;i<10;i++) // //好像數組支持不到100萬，我們就算10萬的
//最後在把把結果乘以10吧，
//{
for(long k=0;k<size;k++)
{
a[k]=s[k];
}
//}
}
template<typename T>
void vectorInsert( vector<T> *v,T*s,long size) //向向量插入數據
{
for(int i=0;i<10;i++)
{
for(long k=0;k<size;k++)
{
v->push_back(s[k]);
}
}
}
template<typename T>
void listInsert(list<T>*l,T*s,long size) //向表插入數據
{
for(int i=0;i<10;i++)
{
for(long k=0;k<size;k++)
{
l->push_back(s[k]);
}
}
}
template<class T>
void multisetInsert(multiset<T>*s1,T*s,long size) //向多重集合插入數據
{
for(int i=0;i<10;i++)
{
for(long k=0;k<size;k++)
{
s1->insert(s[k]);
}
}
}
int* genIntData(long size) //生成隨機數
{
int* data=new int[size];
generate(&data[0],&data[size],rand);
return data;
}
int main(void)
{
const long size=100000;
int* s_data,array1[size];
double begin,end;
s_data=genIntData(size);
vector<int> vector1;
list<int> list1;
multiset<int> multiset1;
clock();
cout<<"?"<<endl
//開始計算數組插入時間
getch();
begin=(double)clock()/CLK_TCK;
arrayInsert<int>(array1,s_data,size);
end=(double)clock()/CLK_TCK;
cout<<"??"<<(end-begin)<<endl;
//開始計算向量插入時間
getch();
begin=(double)clock()/CLK_TCK;
vectorInsert<int>(&vector1,s_data,size);
end=(double)clock()/CLK_TCK;
cout<<"??"<<(end-begin)<<endl;
//開始計算list插入時間
getch();
begin=(double)clock()/CLK_TCK;
listInsert<int>(&list1,s_data,size);
end=(double)clock()/CLK_TCK;
cout<<"??"<<(end-begin)<<endl;
//開始計算multiset插入時間
getch();
begin=(double)clock()/CLK_TCK;
multisetInsert<int>(&multiset1,s_data,size);
end=(double)clock()/CLK_TCK;
cout<<"??"<<(end-begin)<<endl;
getch();
free(s_data);
return 0;
}
|
這個程序清晰的表明這幾種容器在插入速度之間的差別，當然，每種容器不是萬能的，不能一好百好。比如說，多集在查找方面的優勢是其他序列容器不可比擬的。 還有，最好不要試圖超越STL，因爲：
1、STL實現使用的是最佳算法。它是幾乎完美的。
2、STL實現的設計者通常是相應領域的專家。
3、各領域的專家致力於提供靈活的、強大和高效的庫。這是他們的首要的任務。對於，我們這些其餘的人，開發可重用的容器和算法頂多只算第二個目標。我們的首要任務是交付緊扣主題的應用程序。大多數情況下，我們沒有時間和專門的技術去和那些專家相比。
但是，超越STL不是不可能的。但是一般情況下，你只能靠犧牲可移植性來提高性能，這對於很多情況來說是很不好的。爲了，超越STL，我們要付出非常大的努力。而且，最好我們知道一些STL專家們不知道的東西，爾後我們可以有針對性的進行優化，否則，我們的努力完全有可能白費。
面對這樣一個優秀的庫，並且它是免費的。我們C++程序員沒有理由拒絕它，甚至去自己開發一個庫。
|
