C++ 学习阶段二：STL 与泛型编程（2–3 个月）

Tags = [ C++Study ] Posted on August 20, 2025

学习目标

熟练使用 STL 容器与迭代器，解决常见数据存储与访问问题
掌握 STL 算法库，提升代码复用性与简洁性
理解并应用 模板编程（函数模板、类模板），实现代码抽象
学会 异常与错误处理，提升代码健壮性
掌握 调试工具（gdb / Visual Studio Debugger），提升问题定位能力
在开源项目中贡献 通用组件或工具函数

职业价值：能编写可复用组件，承担功能模块开发，逐步具备工程化思维。

1. STL 容器与迭代器

STL（Standard Template Library）是现代 C++ 的核心，提供了常用的数据结构与算法。

1.1 常见容器

顺序容器：vector, deque, list
关联容器：map, set, multimap, multiset
无序容器：unordered_map, unordered_set

#include <iostream>
#include <vector>
#include <map>
#include <unordered_map>
using namespace std;

int main() {
    vector<int> v = {1, 2, 3};
    v.push_back(4);

    map<string, int> m;
    m["apple"] = 3;
    m["banana"] = 5;

    unordered_map<string, int> um;
    um["cat"] = 1;
    um["dog"] = 2;

    cout << v[2] << " " << m["apple"] << " " << um["dog"] << endl;
}

1.2 迭代器

迭代器是 STL 的“指针抽象”，统一访问容器元素。

#include <vector>
#include <iostream>
using namespace std;

int main() {
    vector<int> v = {10, 20, 30};
    for (auto it = v.begin(); it != v.end(); ++it) {
        cout << *it << " ";
    }
}

2. STL 算法库

STL 提供了大量通用算法，避免重复造轮子。

2.1 排序与查找

#include <algorithm>
#include <vector>
#include <iostream>
using namespace std;

int main() {
    vector<int> v = {3, 1, 4, 1, 5};
    sort(v.begin(), v.end()); // 排序
    if (binary_search(v.begin(), v.end(), 4)) {
        cout << "Found 4\n";
    }
}

2.2 集合操作

#include <algorithm>
#include <set>
#include <iostream>
using namespace std;

int main() {
    set<int> a = {1, 2, 3};
    set<int> b = {3, 4, 5};
    vector<int> result;

    set_intersection(a.begin(), a.end(), b.begin(), b.end(),
                     back_inserter(result));

    for (int x : result) cout << x << " "; // 输出 3
}

3. 模板编程

模板是 C++ 泛型编程的核心，支持编写与类型无关的代码。

3.1 函数模板

#include <iostream>
using namespace std;

template <typename T>
T add(T a, T b) {
    return a + b;
}

int main() {
    cout << add(3, 4) << endl;       // int
    cout << add(3.5, 2.1) << endl;   // double
}

3.2 类模板

#include <iostream>
using namespace std;

template <typename T>
class Box {
    T value;
public:
    Box(T v) : value(v) {}
    T get() const { return value; }
};

int main() {
    Box<int> b1(42);
    Box<string> b2("hello");
    cout << b1.get() << " " << b2.get() << endl;
}

4. 异常与错误处理

4.1 基本用法

#include <iostream>
#include <stdexcept>
using namespace std;

int divide(int a, int b) {
    if (b == 0) throw runtime_error("Division by zero");
    return a / b;
}

int main() {
    try {
        cout << divide(10, 0) << endl;
    } catch (const exception& e) {
        cerr << "Error: " << e.what() << endl;
    }
}

4.2 职业化建议

使用异常处理不可恢复的错误
对性能敏感的代码可用返回值或 std::optional 替代异常

5. 调试工具

5.1 gdb 基础

g++ -g main.cpp -o main
gdb ./main

常用命令：

break main：设置断点
run：运行程序
next：单步执行
print var：打印变量
backtrace：查看调用栈

5.2 Visual Studio Debugger

设置断点（F9）
单步调试（F10/F11）
监视变量（Watch）
内存窗口（Memory View）

6. 学习建议与实践

6.1 参与开源项目

目标：在开源项目中使用 STL 与模板，贡献通用组件
推荐项目：
- nlohmann/json（JSON 解析库，广泛使用 STL 容器）
- fmt（格式化库，模板与异常处理应用丰富）
实践方式：
1. 阅读项目中容器与算法的使用方式
2. 提交小型优化（如替换低效循环为 std::algorithm）
3. 修复 bug 或增加测试用例
4. 参与代码 review，学习模板与异常的最佳实践

6.2 实践路径

第 1–2 周：熟悉 STL 容器与算法，写小型 demo（如单词统计器、集合运算工具）。
第 3–4 周：学习模板编程，编写通用工具类（如泛型栈、泛型排序函数）。
第 5–6 周：在开源项目中提交一次与 STL/模板相关的贡献。

阶段二总结

STL 容器与迭代器：掌握 vector, map, unordered_map 等
STL 算法库：熟悉排序、查找、集合操作
模板编程：能写函数模板与类模板，理解泛型思想
异常与错误处理：提升代码健壮性
调试工具：掌握 gdb / VS Debugger 的基本用法
实践产出：在开源项目中完成一次与 STL/模板相关的贡献

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