《STL泛型编程》课件

泛型编程STL探讨标准模板库的基本概念和设计原理了解如何利用提C++STL STL供的强大模板工具实现数据结构和算法复用的概念及特点STL标准模板库高度抽象化是标准库的组成部分采用泛型编程的设计理念STL C++,STL,它提供了一系列的容器类型将数据结构和算法分离提供,、算法和迭代器帮助程序员高度抽象的接口极大地提高,,编写更加简洁和高效的代码了代码的重用性高效性能可扩展性内部采用了各种优化技术提供了丰富的基础组件程STL,STL,如尽量减少不必要的内存分序员可以根据需求自行扩展配和释放从而保证了良好的和组合满足复杂的编程需求,,性能的组成部分STL标准模板库头文件容器迭代器算法STL STL STL包含大量常用的数据结提供了多种容器类型如迭代器是一种抽象的指针用包含大量常用的算法如STLSTL,,STL,构和算法这些被实现为向量、列表、集合等用于存于遍历容器中的元素排序、查找、合并等可以直,C++,STL,模板类和函数通过包含相应储和管理各种数据容器提提供了多种迭代器类型如输接应用于容器中的元素提高,,,的头文件即可使用供了丰富的接口函数供开发入迭代器、输出迭代器等开发效率者使用容器的分类序列式容器关联式容器适配器容器如向量、列表、数组等，以线性顺序如集合、映射等，以键值对的形式存如栈、队列、优先队列等，为基础容存储元素，可随机访问支持插入、储元素支持高效查找和排序器类型提供特殊的接口和操作删除等操作序列式容器数组向量12数组是最基础的序列式容向量是动态数组可以自动,器元素存储在连续的内存管理内存分配和元素的插,区域可以通过下标快速访入删除提供了丰富的成员,,问函数链表deque34链表通过指针将元素连接是双端队列可以在deque,在一起适合频繁的插入删头尾高效地插入删除元素,,除操作但不支持随机访问同时支持随机访问,关联式容器定义特点主要容器应用场景关联式容器是一种将元素关联式容器支持插入、删包括、、常用于需要快速检索和访map setmultimap以键值对的形式存储的容除和查找操作元素以有序和分别用于存储问数据的场景如字典、索,multiset,,器元素可以根据键值快速或无序的方式组织提供高键值对和单一键值引等,,检索和访问效的检索性能容器的常用操作插入和删除访问元素容量管理排序和查找容器提供了各种插入和删可以通过下标、等访容器具有、容器中的元素可以通过[]at capacity除元素的方法如问容器中的元素也可以使等函数可以管理、等算法进行,,reserve,sort find、、用迭代器遍历容器容器的内存分配和空间利排序和查找push_back insert等可灵活地修改容用erase,器的内容迭代器的概念迭代器的作用迭代器提供了一种统一的方式来访问容器中的元素使得程序员可以编写更加通用和灵活的代,码迭代器的本质迭代器本质上是一个指针用于指向容器中的特定位置并提供了前进和后退的操作,,迭代器的分类迭代器可以分为输入迭代器、输出迭代器、前向迭代器、双向迭代器和随机访问迭代器等不同类型迭代器的分类输入迭代器输出迭代器最基本的迭代器类型仅支持类似于输入迭代器但只支持,,顺序读取操作不可修改元素写入操作不能读取元素,,前向迭代器双向迭代器既可以读也可以写支持单向在前向迭代器的基础上增加,,顺序访问但不支持随机访问了向后移动的功能,标准模板库的算法广泛覆盖泛型设计12提供了各种常见算法算法接受迭代器作为参数STL,,涵盖排序、查找、集合操与具体容器无关实现了高,作等众多场景度的通用性高效实现可扩展性34算法通常采用优化的数用户可根据需求编写自定STL据结构和算法在保证正确义算法并与算法无缝,,STL性的同时追求高效执行集成算法的分类基于特征分类基于距离分类监督学习算法无监督学习算法常见分类算法包括决策树算聚类算法如均值算法、层利用训练数据提供的标签信无需事先提供标签信息从数K-,法、朴素贝叶斯算法、最次聚类等根据样本之间的距息进行学习如线性回归、逻据中自动发现规律如主成分K-,,,近邻算法等利用数据特征进离进行分组辑回归等分析、聚类算法,行分类排序算法排序算法概述冒泡排序快速排序排序算法是编程中必备的基础算法之冒泡排序是一种简单直观的排序算法快速排序是一种分治算法通过选择一,,一可以将无序的数据按照特定的规则通过不断交换相邻元素的位置使较大个基准元素将数列划分为两个子序列,,,,重新排列提高数据处理的效率常见的元素逐步浮到数列的末尾它有着前一个子序列的所有元素都比基准元,的排序算法包括冒泡排序、选择排序较低的时间复杂度适合于小规模数据素小后一个子序列的所有元素都比基,,、插入排序等的排序准元素大这种算法的平均时间复杂度较低查找算法二分查找线性查找二分查找针对有序数组进行线性查找逐一遍历数组元素,高效的查找时间复杂度为适用于无序数组和链表时,间复杂度为Olog nOn散列查找散列查找通过哈希函数将元素映射到散列表中查找时间接近常数,级O1堆操作算法堆的定义堆的常用操作12堆是一种特殊的树形数据建堆、插入、删除、调整结构，它满足父节点的值等操作是堆数据结构的核大于或小于其所有子节点心应用的值堆排序算法堆的应用场景34堆排序算法利用堆的特性堆在优先级队列、资源分对元素进行排序，是一种配等领域有广泛应用，是高效的排序方法一种重要的数据结构集合操作算法交集并集差集对称差用于从两个集合中找出共用于合并两个集合的所有用于找出一个集合中存在用于找出两个集合中互不同元素结果集包含同时存元素结果集包含两个集合而另一个集合中不存在的相同的元素结果集包含第,,,在于两个集合中的元素中的所有不重复元素元素结果集仅包含第一个一个集合独有的元素和第,集合的独有元素二个集合独有的元素函数对象的概念函数对象简介函数对象是一种特殊的对象可以像普通函数一样被调用具有函数的行为它们通常用于C++,,实现复杂的算法和灵活的回调机制函数对象的定义函数对象是一个重载了运算符的类对象能够像函数一样被调用它们可以捕获外部环境的,状态并利用它来执行定制的计算函数对象的特点函数对象可以保存状态信息实现复杂的计算逻辑并可以灵活地传递给其他函数提高代码的复,,,用性和扩展性函数对象的分类仿函数谓词算法函数对象绑定器仿函数是实现了谓词是一种特殊的仿函数算法库定义了大量的函绑定器可以把函数、仿函operator,STL的类对象可以像函数一样返回值是布尔类型用于描数对象如、、数或者数据成员绑定到某,,,sort find进行调用仿函数提供了述某种条件或者断言可等用于实现各个参数位置从而产生一个accumulate,,更灵活的函数封装方式可分为一元谓词和二元谓词种常见的算法操作这些新的仿函数对象,以自定义调用行为算法函数对象可以作为参数传递给算法函数STL适配器的概念统一接口解耦设计适配器为不同接口的组件提适配器将系统组件与其接口供了一个统一的接口，使它分离，实现了松耦合设计，们能够互相协作提高了系统的灵活性功能转换适配器可以将一个组件的功能转换成另一个组件所需的功能，实现了兼容性适配器的分类迭代器适配器函数对象适配器缓冲区适配器迭代器适配器可将不同的迭代器接口函数对象适配器可将任意可调用对象缓冲区适配器可将不同的输入输出缓/统一成标准的迭代器接口增强迭代器转换为标准的函数对象接口提高函数冲区适配为统一的缓冲区接口增强缓,,,的可重用性对象的适用性冲区的可重用性关联容器的自定义排序自定义排序规则可以通过传入自定义的比较函数改变关联容器中元素的排序方式,定制化标准根据实际需求设计出合适的排序标准以满足程序的功能需求,,函数对象实现使用函数对象作为比较函数灵活定制排序规则的实现逻辑,关联容器的自定义键值自定义比较函数算法Hash12通过重载自定义的比较函对于无序关联容器我们可,数可以使关联容器按以自定义算法让容器,STL hash,照我们指定的方式进行排根据我们的哈希函数进行序和查找索引和查找键值类型3将自定义的类型设置为关联容器的键值可以实现更灵活的数据,存储和管理内存分配器的概念动态内存管理可定制性内存分配器负责管理程序在内存分配器可根据应用程序运行时动态分配和释放内存的需求进行定制例如优化内,,确保内存使用的高效与合理存占用或提高分配速度异常处理内存分配失败时内存分配器会抛出异常帮助程序员及时发现并,,处理内存相关的问题内存分配器的自定义定制内存分配策略优化内存使用12可以根据应用程序的需求自定义内存分配器可以最编写自定义的内存分配器大化内存空间的利用率减,,实现更高效的内存管理和少内存碎片和不必要的内分配存占用提高性能支持特殊需求34通过针对性的内存分配策复杂的应用程序可能需要略可以显著提高应用程序定制化的内存管理自定义,,的运行速度和响应能力分配器能够满足这些需求的异常处理STL异常处理概述异常的处理方式常见异常类型STL采用标准异常处理机制来处理中常用的异常处理方式是使用中常见的异常类型包括STL C++STL try-STL程序运行过程中可能出现的各种错误语句块来捕获和处理可能发生的、、catch out_of_range length_error和异常情况这有助于提高程序的健异常这样可以及时发现并纠正程序等开发者需要了解invalid_argument壮性和可维护性中的错误这些异常类型并给予适当的异常处理异常的分类与处理异常分类异常处理中的异常主要分为两类逻辑异常和运行时异常逻辑提供了丰富的异常处理机制支持块捕获和处理STL:STL,try-catch异常包括范围错误、长度错误等通常由程序员引起运行异常我们可以自定义异常类型并通过语句抛出,,throw时异常则由于系统资源不足或其他原因导致如内存分配失同时也可以使用和设置意,set_unexpected set_terminate败、除零错误等外情况的处理函数的源码分析STL深入理解实现通过分析的源码，可以深入了解其内部实现原理和设计思路STL增强编程能力源码分析有助于提升编程技能和设计模式应用能力性能优化学习的优化策略可以指导我们提高自己代码的性能STL源码分析的意义深入理解原理提高编程水平应用创新和优化STL通过对源码的深入分析和研究可以透过源码分析可以学习优秀的编程实对源码的深入理解可以启发我们进STL,,STL,更好地理解其内部实现机制从而掌握践如代码组织、数据结构选择、算法行创新和优化从而开发出更加高效和,,,的设计理念和核心思想设计等从而提升自身的编程技能适用的程序STL,源码分析的方法静态分析动态分析逆向工程调试工具通过研究代码结构、数据在程序运行时观察和记录通过对已编译的二进制程使用诸如、gdb Visual流和控制流等方式对程序其行为如内存使用、序进行分析还原出其原始等调试工具可,,CPU,Studio Code,的逻辑和行为进行分析以使用率和输入输出操作等代码结构和算法以了解其以逐步执行程序、检查变,,,发现潜在的错误和性能瓶以评估程序的性能和可靠内部实现细节量值和监控程序流程从而,颈性更好地理解代码的运行机制的发展趋势STL面向对象发展性能优化随着面向对象编程的不断随着硬件性能的提高将不C++,STL深入将进一步融合面向对断优化其算法和数据结构以,STL,象的理念提供更加灵活和可提高运行效率和内存使用效,扩展的泛型设计率标准化完善将不断完善标准化成为编程不可或缺的基础库并且得到STL,C++,广泛应用和认可总结与展望持续完善将持续完善和拓展其功能特性以满足用户日益增长的需求STL,未来展望将迎来新的发展机遇融合前沿技术推动编程语言的进步STL,,社区协作广泛的社区支持和开发者参与将为注入源源不断的活力STL。