STL и использование стандартных шаблонов

Standard Template Library (STL) — это фундаментальная часть стандартной библиотеки C++, предоставляющая набор готовых шаблонных классов и функций для работы с:

Контейнерами (хранение данных)
Алгоритмами (обработка данных)
Итераторами (доступ к элементам)
Функциональными объектами

Зачем изучать STL?

Экономия времени — не нужно писать собственные реализации базовых структур данных
Надёжность — компоненты STL тщательно протестированы
Эффективность — оптимизированы для различных сценариев использования
Стандартизация — единый стиль кода для всех C++ разработчиков
Гибкость — благодаря шаблонам работает с любыми типами данных

Основные компоненты STL

Контейнеры

Контейнер — структура данных, предназначенная для хранения набора элементов определенного типа.

Последовательные контейнеры:

#include <vector> #include <list> #include <deque> vector<int> v = {1, 2, 3}; // Динамический массив list<string> l = {"a", "b"}; // Двусвязный список deque<double> dq; // Двусторонняя очередь

Ассоциативные контейнеры:

#include <set> #include <map> set<int> s = {3, 1, 2}; // Упорядоченное множество map<string, int> m = {{"a", 1}}; // Упорядоченный словарь unordered_set<int> us; // Хеш-множество

Пояснение:

vector — быстрый доступ по индексу, медленные вставка/удаление в начале
list — быстрые вставка/удаление в любом месте, нет доступа по индексу
set/map — автоматическая сортировка, быстрый поиск
unordered_set/unordered_map — хеш-таблицы, быстрее для частых поисков

Итераторы

Итератор — это объект, предназначенный для обхода элементов контейнера и предоставления интерфейса для навигации по нему. Благодаря итератором, мы можем работать с любыми типами контейнеров (например, векторами, списками, картами и др.) одинаково, используя единый интерфейс для перебора элементов.

Примеры использования:

vector<int> nums = {1, 2, 3}; // Доступ через итераторы for (auto it = nums.begin(); it != nums.end(); ++it) { cout << *it << " "; } // Range-based for (использует итераторы внутри) for (int n : nums) { cout << n << " "; }

Категории итераторов:

Input/Output — последовательное чтение/запись
Forward — однонаправленный
Bidirectional — двунаправленный (list, set)
Random Access — произвольный доступ (vector, deque)

Алгоритмы

Алгоритмы STL представляют собой набор высокоуровневых функций-шаблонов, предназначенных для выполнения часто встречающихся операций над контейнерами, такими как сортировка, поиск, преобразование и другие манипуляции с данными. Эти алгоритмы используют итераторы для обращения к элементам контейнеров, что делает их независимыми от внутреннего устройства самих контейнеров.

Примеры алгоритмов:

#include <algorithm> #include <numeric> vector<int> v = {3, 1, 4}; sort(v.begin(), v.end()); // Сортировка auto it = find(v.begin(), v.end(), 4); // Поиск int sum = accumulate(v.begin(), v.end(), 0); // Суммирование

Основные группы алгоритмов:

Немодифицирующие (find, count)
Модифицирующие (copy, transform)
Сортировки (sort, partial_sort)
Численные (accumulate, inner_product)

Примеры использования

Работа с vector

vector<string> fruits; // Добавление элементов fruits.push_back("Apple"); fruits.emplace_back("Banana"); // Эффективнее для сложных объектов // Доступ cout << fruits[0]; // Быстрый доступ cout << fruits.at(1); // С проверкой границ // Итерация for (const auto& fruit : fruits) { cout << fruit << endl; } // Удаление fruits.pop_back(); // Удалить последний fruits.erase(fruits.begin()); // Удалить первый

Использование map

map<string, int> ageMap; // Вставка ageMap["Alice"] = 30; ageMap.insert({"Bob", 25}); // Поиск if (ageMap.count("Alice")) { cout << "Alice is " << ageMap["Alice"] << " years old"; } // Итерация for (const auto& pair : ageMap) { cout << pair.first << ": " << pair.second << endl; }

Алгоритмы с пользовательскими условиями

vector<int> numbers = {5, 3, 8, 1, 4}; // Сортировка по убыванию sort(numbers.begin(), numbers.end(), [](int a, int b) { return a > b; }); // Поиск первого чётного auto it = find_if(numbers.begin(), numbers.end(), [](int n) { return n % 2 == 0; }); // Подсчёт элементов > 4 int count = count_if(numbers.begin(), numbers.end(), [](int n) { return n > 4; });

Продвинутые возможности STL

Адаптеры контейнеров

#include <stack> #include <queue> stack<int> s; // LIFO queue<int> q; // FIFO priority_queue<int> pq; // Очередь с приоритетом s.push(1); s.pop(); q.push(1); q.pop(); pq.push(3); pq.push(1); // Автоматическая сортировка

Умные указатели

#include <memory> unique_ptr<int> ptr1(new int(42)); // Единоличное владение shared_ptr<int> ptr2 = make_shared<int>(42); // Разделяемое владение weak_ptr<int> ptr3 = ptr2; // Наблюдатель без владения

STL — это мощный инструментарий, который должен быть в арсенале каждого C++ разработчика. Основные преимущества:

Эффективность: оптимизированные алгоритмы и структуры данных
Удобство: сокращение времени разработки
Безопасность: проверенные временем реализации
Гибкость: работа с любыми типами данных
Стандартизация: переносимость кода между проектами

Шаблонные классы в C++

Аллокаторы и пользовательские распределители памяти

1. Введение в язык C++ 2. Установка компилятора 3. Установка среды разработки (IDE) 4. Структура программы и компиляция 5. Переменные, константы и типы данных 6. Операторы и выражения 7. Ввод и вывод в консоли 8. Условные операторы 9. Логические выражения 10. Циклы 11. Массивы 12. Динамические массивы 13. Указатели в С++ 14. Ссылки в C++ 15. Функции 16. Рекурсия 17. Callback-функции 18. Динамическое выделение памяти 19. Утечки памяти и как их избежать 20. Умные указатели в С++ 21. Парадигмы программирования 22. Структуры (struct) 23. Классы и объекты в C++ 24. Инкапсуляция 25. Наследование 26. Полиморфизм 27. Абстрактные классы 28. Списки инициализации 29. Перегрузка операторов 30. Обработка исключений 31. Пользовательские исключения 32. Шаблонные функции в C++ 33. Шаблонные классы в C++ 34. STL и использование стандартных шаблонов 35. Аллокаторы и пользовательские распределители памяти 36. Работа с файлами