STL（Standard Template Library）是C++标准库的一部分，旨在提供通用、高效、可复用的算法和数据结构，旨在简化C++编程，支持泛型编程并实现并行、跨平台解决方案。STL包括多种容器如vector、list和deque，以及算法如sort、reverse和unique，还有迭代器和模板，为开发者提供强大的工具集，以实现在C++中高效处理数据的功能。

STL（Standard Template Library）是C++标准库的一部分，旨在提供通用、高效、可复用的算法和数据结构。其设计目标是提供一种并行、跨平台的解决方案，以满足在C++程序中高效处理数据的需求。STL的历史可以追溯到20世纪80年代，由Bjarne Stroustrup和C++团队在C++初版中引入，旨在补充和支持C++语言的泛型编程特性。

STL容器

1. vector容器

vector是一种动态大小的数组，它支持随机访问，且内部使用数组实现。vector在插入、删除元素时可能会导致内存调整，这使得它在大多数情况下具有良好的性能。

#include <iostream>
#include <vector>

int main() {
    std::vector<int> nums; // 创建一个空的vector
    nums.push_back(10);    // 添加元素
    nums.push_back(20);
    nums.push_back(30);
    std::cout << "Vector size: " << nums.size() << std::endl;
    std::cout << "Vector elements: ";
    for (int i = 0; i < nums.size(); ++i) {
        std::cout << nums[i] << " ";
    }
    std::cout << std::endl;
    return 0;
}

2. list容器

list是一种链表实现，支持双向随机访问。list在插入、删除元素时操作较快，但其空间利用率较低，因为需要额外的指针存储元素间的链接。

#include <iostream>
#include <list>

int main() {
    std::list<int> nums;
    nums.push_back(10);
    nums.push_back(20);
    nums.push_back(30);
    std::cout << "List elements: ";
    for (std::list<int>::iterator it = nums.begin(); it != nums.end(); ++it) {
        std::cout << *it << " ";
    }
    std::cout << std::endl;
    nums.pop_front(); // 移除头部元素
    nums.pop_back();  // 移除尾部元素
    std::cout << "List elements after removals: ";
    for (std::list<int>::iterator it = nums.begin(); it != nums.end(); ++it) {
        std::cout << *it << " ";
    }
    std::cout << std::endl;
    return 0;
}

3. deque容器

deque（double-ended queue）是一种两端都能插入和删除元素的动态数组实现。它在两端的性能与vector相当，但在中间的性能则不如vector。

#include <iostream>
#include <deque>

int main() {
    std::deque<int> nums;
    nums.push_back(10); // 在一端添加元素
    nums.push_front(20); // 在另一端添加元素
    nums.push_back(30);
    nums.push_front(40);
    std::cout << "Deque elements: ";
    for (std::deque<int>::iterator it = nums.begin(); it != nums.end(); ++it) {
        std::cout << *it << " ";
    }
    std::cout << std::endl;
    nums.pop_back(); // 从一端移除元素
    nums.pop_front(); // 从另一端移除元素
    std::cout << "Deque elements after removals: ";
    for (std::deque<int>::iterator it = nums.begin(); it != nums.end(); ++it) {
        std::cout << *it << " ";
    }
    std::cout << std::endl;
    return 0;
}

STL算法

1. sort算法

sort算法用于对容器中的元素进行排序，可以使用多种排序算法（例如快速排序、归并排序等）实现。

#include <algorithm>
#include <iostream>
#include <vector>

int main() {
    std::vector<int> nums = {3, 1, 4, 1, 5, 9, 2, 6, 5, 3, 5};
    std::sort(nums.begin(), nums.end()); // 对vector进行排序
    std::cout << "Sorted list: ";
    for (int num : nums) {
        std::cout << num << " ";
    }
    std::cout << std::endl;
    return 0;
}

2. reverse算法

reverse算法用于反转容器中元素的顺序。

#include <algorithm>
#include <iostream>
#include <vector>

int main() {
    std::vector<int> nums = {3, 1, 4, 1, 5, 9, 2, 6, 5, 3, 5};
    std::reverse(nums.begin(), nums.end()); // 反转vector
    std::cout << "Reversed list: ";
    for (int num : nums) {
        std::cout << num << " ";
    }
    std::cout << std::endl;
    return 0;
}

3. unique算法

unique算法用于去除容器中重复的元素并保持顺序。

#include <algorithm>
#include <iostream>
#include <vector>

int main() {
    std::vector<int> nums = {3, 1, 4, 1, 5, 9, 2, 6, 5, 3, 5};
    std::vector<int>::iterator new_end = std::unique(nums.begin(), nums.end());
    nums.erase(new_end, nums.end()); // 去除重复元素
    std::cout << "List with unique elements: ";
    for (int num : nums) {
        std::cout << num << " ";
    }
    std::cout << std::endl;
    return 0;
}

STL迭代器

迭代器是访问容器中元素的一种方式，可以用于遍历容器、执行操作等。C++ STL提供了多种迭代器类型，包括前向迭代器、双向迭代器和随机访问迭代器等。

#include <iostream>
#include <vector>

int main() {
    std::vector<int> nums = {1, 2, 3, 4, 5};
    for (std::vector<int>::iterator it = nums.begin(); it != nums.end(); ++it) {
        std::cout << "Element at " << it - nums.begin() << ": " << *it << std::endl;
    }
    return 0;
}

STL模板

模板在STL中用于创建通用的、类型安全的算法和容器。模板允许在运行时确定函数或类的特定类型和参数，从而实现代码的复用和泛型编程。

#include <iostream>
#include <string>

template <typename T>
void print(const T& item) {
    std::cout << item << std::endl;
}

int main() {
    print("Hello, World!"); // 对字符串使用模板
    print(42);              // 对整数使用模板
    return 0;
}

实践案例

假设我们需要为一个图书管理系统开发一个功能，该功能需要根据图书的作者或标题进行排序、查找和删除操作。可以使用STL容器和算法来实现这个功能。

#include <iostream>
#include <vector>
#include <algorithm>
#include <string>

struct Book {
    std::string title;
    std::string author;
    double price;
};

bool compareByAuthor(const Book& a, const Book& b) {
    return a.author < b.author;
}

bool compareByTitle(const Book& a, const Book& b) {
    return a.title < b.title;
}

int main() {
    std::vector<Book> books = {
        {"The Alchemist", "Paulo Coelho", 15.99},
        {"1984", "George Orwell", 9.99},
        {"To Kill a Mockingbird", "Harper Lee", 12.99}
    };

    // 按作者排序
    std::sort(books.begin(), books.end(), compareByAuthor);
    std::cout << "Books sorted by author:" << std::endl;
    for (const auto& book : books) {
        std::cout << "Title: " << book.title << ", Author: " << book.author << std::endl;
    }

    // 查找标题为"The Alchemist"的书籍
    auto it = std::find_if(books.begin(), books.end(), [title = "The Alchemist"](const Book& book) {
        return book.title == title;
    });
    if (it != books.end()) {
        std::cout << "Found book: Title: " << it->title << ", Author: " << it->author << std::endl;
    } else {
        std::cout << "Book not found." << std::endl;
    }

    // 删除标题为"1984"的书籍
    auto erase_it = std::find_if(books.begin(), books.end(), [title = "1984"](const Book& book) {
        return book.title == title;
    });
    if (erase_it != books.end()) {
        books.erase(erase_it);
    }

    std::cout << "Books after removal:" << std::endl;
    for (const auto& book : books) {
        std::cout << "Title: " << book.title << ", Author: " << book.author << std::endl;
    }

    return 0;
}