C++语言程序设计 第十章 C++标准模板库 成都信息工程学院计算机系

主要内容 泛型程序设计 与标准模板库有关的概念和术语 C++标准模板库中的容器 迭代器 标准C++库中的算法 函数对象

泛型程序设计 将程序写得尽可能通用 将算法从特定的数据结构中抽象出来，成为通用的 C++的模板为泛型程序设计奠定了关键的基础 STL是泛型程序设计的一个范例 容器(container) 迭代器(iterator) 算法（algorithms） 函数对象（function object）

命名空间（namespace） 概念和术语 一个命名空间将不同的标识符集合在一个命名作用域（named scope）内 为了解决命名冲突 例如，声明一个命名空间NS： namspace NS { class File; void Fun (); } 则引用标识符的方式如下， NS:: File obj; NS:: Fun (); 没有声明命名空间的标识符都处于无名的命名空间中

命名空间（续） 概念和术语 可以用using来指定命名空间 例如，经过以下声明： using NS::File; 在当前作用域中就可以直接引用File using namespace std; 命名空间std中所有标识符都可直接引用 在新的C++标准程序库中，所有标识符都声明在命名空间std中，头文件都不使用扩展名

容器 概念和术语 容器类是容纳、包含一组元素或元素集合的对象。 异类容器类与同类容器类 顺序容器与关联容器 七种基本容器： 向量（vector）、双端队列（deque）、列表（list）、集合（set）、多重集合（multiset）、映射（map）和多重映射（multimap）

容器的接口 通用容器运算符 方法（函数） ==，!=，>，>=，<，<=，= 迭代方法 访问方法 begin()，end()，rbegin()，rend() 访问方法 size()，max_size()，swap()，empty()

适配器 概念和术语 适配器是一种接口类 三种类型的适配器： 为已有的类提供新的接口。 目的是简化、约束、使之安全、隐藏或者改变被修改类提供的服务集合。 三种类型的适配器： 容器适配器 用来扩展7种基本容器，它们和顺序容器相结合构成栈、队列和优先队列容器 迭代器适配器 函数对象适配器。

迭代器 概念和术语 迭代器是面向对象版本的指针，它们提供了访问容器、序列中每个元素的方法。

算法 概念和术语 C++标准模板库中包括70多个算法 其中包括查找算法，排序算法，消除算法，记数算法，比较算法，变换算法，置换算法和容器管理等等。 这些算法的一个最重要的特性就是它们的统一性，并且可以广泛用于不同的对象和内置的数据类型。

顺序容器 容 器 顺序容器的接口 插入方法 删除方法 迭代访问方法 其他顺序容器访问方法（不修改访问方法） 容 器 顺序容器的接口 插入方法 push_front()，push_back()，insert()，运算符“=” 删除方法 pop() ，erase()，clear() 迭代访问方法 使用迭代器 其他顺序容器访问方法（不修改访问方法） front()，back()，下标[]运算符

顺序容器——向量 容 器 向量属于顺序容器，用于容纳不定长线性序列（即线性群体），提供对序列的快速随机访问（也称直接访问） 容 器 向量属于顺序容器，用于容纳不定长线性序列（即线性群体），提供对序列的快速随机访问（也称直接访问） 向量是动态结构，它的大小不固定，可以在程序运行时增加或减少。 例10-1 求范围2~N中的质数，N在程序运行时由键盘输入。

#include <iostream> #include <iomanip> //10_1.cpp #include <iostream> #include <iomanip> #include <vector> //包含向量容器头文件 using namespace std ; int main() { vector<int> A(10); int n; int primecount = 0, i, j; cout<<"Enter a value>=2 as upper limit: "; cin >> n; A[primecount++] = 2; 13

{ if (primecount == A.size()) A.resize(primecount + 10); for(i = 3; i < n; i++) { if (primecount == A.size()) A.resize(primecount + 10); if (i % 2 == 0) continue; j = 3; while (j <= i/2 && i % j != 0) j += 2; if (j > i/2) A[primecount++] = i; } for (i = 0; i<primecount; i++)//输出质数 { cout<<setw(5)<<A[i]; if ((i+1) % 10 == 0) //每输出10个数换行一次 cout << endl; cout<<endl; 14

顺序容器——双端队列 容 器 双端队列是一种放松了访问权限的队列。元素可以从队列的两端入队和出队，也支持通过下标操作符“[]”进行直接访问。 容 器 双端队列是一种放松了访问权限的队列。元素可以从队列的两端入队和出队，也支持通过下标操作符“[]”进行直接访问。 例10-2 使用双端队列容器保存双精度数值序列

顺序容器——列表 容 器 列表主要用于存放双向链表，可以从任意一端开始遍历。列表还提供了拼接（splicing）操作，将一个序列中的元素从插入到另一个序列中。 例10-3 改写例9-7 从键盘输入10个整数，用这些整数值作为结点数据，生成一个链表，按顺序输出链表中结点的数值。然后从键盘输入一个待查找整数，在链表中查找该整数，若找到则删除该整数所在的结点（如果出现多次，全部删除），然后输出删除结点以后的链表。在程序结束之前清空链表。

#include <iostream> #include <list> using namespace std ; //10_3.cpp #include <iostream> #include <list> using namespace std ; int main() { list<int> Link; //构造一个列表用于存放整数链表 int i, key, item; for(i=0;i < 10;i++)// 输入10个整数依次向表头插入 cin>>item; Link.push_front(item); } cout<<"List: "; // 输出链表 17

list<int>::iterator p=Link.begin(); while(p!=Link.end())//输出各节点数据，直到链表尾 { cout <<*p << " "; p++; //使P指向下一个节点 } cout << endl; cout << "请输入一个需要删除的整数: "; cin >> key; Link.remove(key); cout << "List: "; // 输出链表 p=Link.begin(); // 使P重新指向表头 while(p!=Link.end()) p++; // 使P指向下一个节点 18

容器适配器 容 器 容器适配器是用来扩展7种基本容器的 栈容器 队列容器 使用适配器与一种基础容器相结合来实现 容 器 容器适配器是用来扩展7种基本容器的 栈容器 使用适配器与一种基础容器相结合来实现 例10-4：应用标准库中的deque顺序容器生成一个整数栈stack。 队列容器 使用适配器与一种基础容器相结合来实现的先进先出数据结构。 例10-5：应用标准库中的deque顺序容器生成一个整数标准队列queue。

什么是迭代器 迭代器 迭代器是面向对象版本的指针 指针可以指向内存中的一个地址 迭代器可以指向容器中的一个位置 STL的每一个容器类模版中，都定义了一组对应的迭代器类。使用迭代器，算法函数可以访问容器中指定位置的元素，而无需关心元素的具体类型。

迭代器的类型 迭代器 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 可以用来从序列中读取数据 允许向序列中写入数据 既是输入迭代器又是输出迭代器，并且可以对序列进行单向的遍历 双向迭代器 与前向迭代器相似，但是在两个方向上都可以对数据遍历 随机访问迭代器 也是双向迭代器，但能够在序列中的任意两个位置之间进行跳转。

迭代器适配器 迭代器 迭代器适配器是用来扩展（或调整）迭代器功能的类。它本身也被称为迭代器，只是这种迭代器是通过改变另一个迭代器而得到的 逆向迭代器 通过重新定义递增运算和递减运算，使其行为正好倒置 插入型迭代器 将赋值操作转换为插入操作。通过这种迭代器，算法可以执行插入行为而不是覆盖行为 例10-6 应用逆向迭代器和后插迭代器来操作向量容器中的元素

迭代器相关的辅助函数 迭代器 advance()函数 distance()函数 函数iter_swap() 例10-7 将迭代器的位置增加，增加的幅度由参数决定 distance()函数 返回迭代器之间的距离 函数iter_swap() 交换两个迭代器所指向的元素值 例10-7 用三个迭代器辅助函数来操作列表容器中的元素。

标准C++库中的算法 算 法 算法本身是一种函数模板 不可变序列算法（non-mutating algorithms） 算 法 算法本身是一种函数模板 不可变序列算法（non-mutating algorithms） 不直接修改所操作的容器内容的算法 可变序列算法（mutating algorithms） 可以修改它们所操作的容器的元素。 排序相关算法 数值算法

算法应用举例 算 法 例10-9 例10-10 例10-11 例10-12 应用不可变序列算法对数据序列进行分析 算 法 例10-9 应用不可变序列算法对数据序列进行分析 例10-10 以可变序列算法对数据序列进行复制，生成，删除，替换，倒序，旋转等可变性操作。 例10-11 应用排序相关算法对序列进行各项操作 例10-12 应用数值算法对数据序列进行操作

函数对象 一个行为类似函数的对象，它可以没有参数，也可以带有若干参数，其功能是获取一个值，或者改变操作的状态。 任何普通的函数和任何重载了调用运算符operator()的类的对象都满足函数对象的特征 STL中也定义了一些标准的函数对象，如果以功能划分，可以分为算术运算、关系运算、逻辑运算三大类。为了调用这些标准函数对象，需要包含头文件<functional>。

小结与复习建议 主要内容 达到的目标 实验任务 泛型程序设计、与标准模板库有关的概念和术语、C++标准模板库中的容器、迭代器、标准C++库中的算法、函数对象 达到的目标 初步了解泛型程序设计的概念，学会C++标准模板库（STL）的使用方法 实验任务 实验十