C++ STL 学习体会

STL的设计目标，是将不同的算法和数据结构结合在一起，并获取最佳效率。在不同的数据结构中，要获取最佳效率，其所实现的算法必然有差异性和适应性。从另一个角度，即使是对同一种类型的数据结构（STL中，可直接对应于容器），因为对该容器有多种不同的操作，首要的设计目标，自然是要实现支持所有操作的最佳效率，但现实的情况是，针对某一特定数据结构的实现，在其之上的多种操作在各自的最佳效率上可能存在彼此冲突的地方。因此在STL中容器本身的实现也是一种整体上的平衡考虑，以达到系统最优。

平衡，是一个有深刻内涵的词汇。我们在实现平衡，达到平衡的过程和手段中，其实做的是一系列的选择。选择，到底是最终趋向于事物的平衡，还是倾斜，或是混乱，取决于对问题的理解深度，知识的积累程度。特化到STL的应用，我们如何选择容器，如何选择算法，选择不是瞎选，是要明智的选择。需要了解容器的类型，实现的细节，算法的原理，更要了解问题域，才能是选择达到最佳的效率。

下面节选自《Effective STL》中的一段：

• 你是否要在容器的任意位置插入新元素？如果需要就选择序列容器；关联容器是不行的。
• 你是否关心容器中的元素是如何排序的？如果不关心，则哈希容器是一个可行的选择方案；否则，你要避免哈希函数。
• 你选择的容器必须是标准C++的一部分吗？如果必须是，就排除了哈希容器，slist和rope。
• 你需要那种类型的迭代器？如果它们必须是随机访问迭代器，则对容器的选择被限定为vector，deque和string。或许你也可以考虑rope。
• 当发生元素的插入或删除操作时，避免移动容器中原来的元素是否很重要？如果是，就要避免连续内存的容器。
• 容器中数据的布局是否需要和C兼容？如果需要，就只能选择vector。
• .........

在STL中容器，算法和迭代器是第一等的公民。数据由容器来管理，操作由算法来实现，迭代器则是两者之间的粘合剂，使任何算法可以和任何容器交互运作。只要容器支持算法所要求的迭代器类型。

序列式容器：vector, list, deque.

关联容器：set, multiset, map, multimap。

vector将其元素置于一个动态数组中，加以管理。容许随机存取，在尾部添加和删除非常快速，但在中部和头部添加和删除比较耗时，因为后续节点都必须移动，以保证存储位置的连续性。

deque也是一个动态数组，可以向头尾两端发展。在中间位置插入和删除元素比较耗时。因为需要移动其他节点。

list是双向列表实现，缺点是不提供随机存取，比如需要获取第十个节点，必须先走过前面九个节点。优势在于，在任何位置上执行插入和删除都非常快速。

算法，一般意义上有两种类型的算法，容器内的和容器外的，容器外的算法一般都会有相应的迭代器作为输入参数。通过对迭代器的遍历访问来实现对对应容器的操作和计算。这里就会有两种选择，一是如何选择类似功能的算法，容器内的还是容器外的？这个很简单，肯定是优先选择容器内的。因为容器的算法，肯定更加知道容器的内部信息，在实现上肯定会更加利用容器的特征。而容器外的算法，所依赖的只是传入进来的迭代器的类型，并不了解迭代器所指向的容器的内部实现细节。比如list中的romove函数和remove算法，如果是对list容器中移除元素，肯定是要优先选择容器内部的remove函数。

第二个选择，应该传哪种迭代器给算法，因为迭代器的各种类型中，是一种包含的关系，输入，输出，前向，双向，随机迭代器。每一特定的容器，其所支持的迭代器类型也是不同的，而算法对迭代器类型都有一个最低的要求，random_shuffle 要求参数是随机迭代器，那么显然只有支持随机迭代器的容器才可以被这个算法处理。

如何学习STL， 《C++标准程序库》，《Effective STL》都是不错的入门提高的经典作品。但是作为一个有追求的程序员，应该要勇于打开一个个STL的头文件，看看每一个容器，算法是如何被实现的。

如果只能照着范例，写写应用程序，终究只是照猫画虎。如果多花些心思和精力研究STL的源码，就能体会到其中的设计之美，不仅能加深对STL的理解，也更能提升个人对程序设计的体会和能力。