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标题: 现代C++学习指南-标准库 [打印本页]

作者: 美丽的神话 时间: 2023-6-19 20:34
标题: 现代C++学习指南-标准库

在[上一章](https://www.yuque.com/docs/share/adb5b1e4-f3c6-46fd-ba4b-4dabce9b4f2a?# 《现代C++学习指南-类型系统》)我们探讨了C++的类型系统，并提出了从低到高，又从高到低的学习思路，本文就是一篇从高到低的学习指南，希望能提供一种新的视角。

什么是标准库

编程语言一般分为两个部分，一部分是语法部分，如上一章的类型系统，另一部分则是用这套语法完成的预定义的工具集，如本文的主题——标准库。标准库是一堆我们写代码时直接可以用的代码，就像是我们提前写好的一样，不仅如此，标准库还是跨平台的，还是经过工业级测试的，所以标准库有着靠谱，安全的特点。
C++标准库包括很多方面，有类vector、string等,有对象std::cin，std::cout等，还有函数move，copy等，所以一般按功能来对它们分类

容器类
算法类
智能指针
线程相关
其他

当然，这些还不是全部，标准库是在不断扩充和完善的，学习标准库的宗旨也应该是学习它们的使用场景，而不是深入用法。比如容器类中就有很多功能类似的类，不同的业务场景有不同的选择。通过对它们的了解，我们更容易写出高效，简洁的代码。
容器类

容器类就是帮助管理一组数据的类，根据实现方式的不同，分为有序列表，无序列表和映射。
有序列表中的有序是指，数据组保存在一块连续的内存区域里，可以通过插入时的索引直接定位到原数据。因为数据是按顺序存入的，所以中途假如需要删除或者新增数据，在操作位置右边的数据都需要移动，操作的代价就比较大。由此也可看出它们的优势是顺序插入和尾部修改，还有直接查找，这方面的代表就是array，vector。
array是对原始数组的封装，并且解决了传递数组变成指针这样的问题，但是缺点是它的大小是固定的，适合用在数据量已知的情况。而vector又是对array的增强，不仅能完成所有array的操作，并且大小可变，所以绝大部分情况下，选择vector都是理想的选择。

无序列表的元素是单独存储的，相互之间用指针来查找相邻元素，由于指针可以轻易修改指向的指，所以对相邻元素的修改就变得很快捷。同样的道理，查找相邻元素只能靠指针跳转，查找某个值需要从一个指针开始查找，一次跳转一条数据，直到找到目标或者没有数据为止。所以无序列表的优势是快速地删除和插入新数据，不适合查找，其代表有list，forward_list。显然，有序列表和无序列表是互补的，我们在实际项目中，应该根据数据的操作来确定选择哪种容器。

映射则融合了有序列表和无序列表的优点，既可以快速插入和删除，又可以快速查找。为了满足各种使用场景，C++提供了map，multimap，unordered_map，unordered_multimap。从名字上就能看出来它们的差别。为了直观，我直接列了一个表
是否排序是否支持相同值速度unordered_map❌❌❤️❤️❤️❤️map✅❌❤️❤️multimap✅✅❤️unordered_multimap✅✅❤️❤️❤️映射存储的是两个值，不同的类型实现方式不一样。由于map是需要排序的，所以通常它的实现是一种平衡二叉树，键就是它排序的依据。

而unordered_map是不需要排序的，所以它的实现通常是哈希表，即根据哈希函数的确定索引位置继而确定存储位置。

综上，容器类提供了一种操作多个同类型数据的接口，开发者通过对容器类方法的调用，可以实现对容器内数据的增删改查。大部分情况下，vector都是靠谱的选择，它提供了全功能的数据操作接口，支持动态长度，索引查询，并且简单高效。如果需要频繁地插入或者删除操作，也可以考虑list或者forward_list。map可以让数据保持有序，需要更快的速度而不是排序的话unorderer_map是更好的选择，如果相同值会出现多次就可以使用对应的multi版本。另外容器类也是很好的数据结构学习资源，C++的容器类几乎提供了数据结构中所有的形式，对数据结构越熟悉选择的容器类就越完美。
算法

之所以将算法放在容器类后面，是因为算法大部分是对容器类操作的加强，算法都定义在algorithm文件头里。这些算法都是短小精悍的，可以大大增加代码可读性，并且妥善处理了很多容易遗忘的边界问题。功能上可以分为增删改查几种操作，可以在实际有需要的时候在查看文档，具体可以参阅这里
智能指针

很早以前，我对智能指针的态度不是很好。因为刚开始学习C++时我就知道，不能单独使用指针，要把指针封装在类里，利用类的构造函数和析构函数管理指针，也就是RAII。最开始我以为这就够了,直到我遇到下面这种情况
[code]public: Ptr():p{ new int } {} ~Ptr() { delete p; } int& get() { return *p; } void set(const int value) { *p = value; }private: int* p;};void use(Ptr p) { //传进来的是复制构造出来的p',函数返回后p'被销毁啦，两个指针指向的地址被回收，外面的p指针成为了野指针}int main() { Ptr p; p.set(1); use(p); //p按值传递，调用了Ptr的复制构造函数，构造出了新对象p',它的指针和p的指针指向同一个地方 std::cout

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