C++面试八股文之STL标准模板库使用详解

面试模拟

某日二师兄参加XXX科技公司的C++工程师开发岗位第21面：

面试官：用过STL吗？

二师兄：（每天都用好吗。。）用过一些。

面试官：你知道STL是什么？

二师兄：STL是指标准模板库（Standard Template Library），是C++区别于C语言的特征之一。

面试官：那你知道STL的六大部件是什么？

二师兄：分别是容器（container）、迭代器（iterator）、适配器（adaptor）、分配器（allocator）、仿函数（functor）和算法（algorithm）。

面试官：那你知道有哪些容器吗？

二师兄：STL中容器的数量比较多，按照类型可以分为顺序容器和关联容器。

二师兄：顺序容器主要有vector、deque、list、forward_list和array。其中forward_list和array是C++11引入的。

二师兄：关联容器主要有set、map、multiset、multimap、unordered_set、unordered_map、unordered_multiset、unordered_multiamp。其中后四种是C++11新引入的。

面试官：好的。那你知道迭代器分为哪些种类吗？

二师兄：分别是输入迭代器（Input Iterator）、输出迭代器（Output Iterator）、前向迭代器（Forward Iterator）、双向迭代器（Bidirectional Iterator）和随机访问迭代器（Random Access Iterator）。

二师兄：其中输入和输出迭代器分别用于读取和写入数据，前向迭代器只能向前访问而不能向后访问（forward_list），双向迭代器既可向前也可向后（list），随机访问迭代器可以通过下标访问任何合法的位置（vector）。

面试官：你知道适配器是做什么的吗？

二师兄：适配器是一种设计模式。主要起到将不同的接口统一起来的作用。STL中的容器适配器如stack和queue，通过调用容器的接口，实现适配器所需的功能。

面试官：有了解过分配器吗？

二师兄：分配器主要用于内存的分配与释放。一般容器都会自带默认分配器，很少会自己实现分配器。

面试官：有使用分配器做一些内存分配的工作吗？

二师兄：没有。。。

面试官：知道仿函数是做什么用的吗？

二师兄：是一个可执行的对象，类型重载了operator()()运算符。

struct Add
{
    int operator()(int a, int b) {return a +b;}
}
int a = 42, b = 1024;
auto sum = Add()(a,b);
//OR
Add add;
auto sum = add(1,2);

面试官：STL中常见的算法有哪些？

二师兄：一般分为三类，查找、排序和数值操作。

二师兄：查找常用的有std::find、std::find_if、std::find_first_of等。

二师兄：排序主要用std::sort及其家族的一系列算法。

二师兄：数值操作主要用std::accumulate求和。

面试官：那你知道STL六大部件之间的联系吗？

二师兄：（想了想）不是特别清楚。。。

面试官：好的，回去等通知吧。

让我们回顾一下二师兄的表现：

有使用分配器做一些内存分配的工作吗？

这里主要是问有没有手写过分配器：

template <typename T>
class MyAllocator {
public:
    typedef T value_type;
    MyAllocator() noexcept {}
    template <typename U>
    MyAllocator(const MyAllocator<U>&) noexcept {}
    T* allocate(std::size_t n) {
        if (n > std::size_t(-1) / sizeof(T)) throw std::bad_alloc();
        if (auto p = static_cast<T*>(std::malloc(n * sizeof(T)))) return p;
        throw std::bad_alloc();
    }
    void deallocate(T* p, std::size_t) noexcept {
        std::free(p);
    }
};

实例中定义了一个名为MyAllocator的模板类，它重载了allocate和deallocate运算符用于分配内存和释放内存。示例中malloc和free函数来分配和释放内存，也可以用new和delete。

我们可以在allocate和deallocate中做很多事情，比如我们可以统计申请和释放内存的总量，可以申请一块大内存做内存池等等。

知道STL六大部件之间的联系吗？

这个问题比较开放，需要对STL六大部件有一定的理解。首先是分配器，主要是为容器分配管理内存的。其次是迭代器，是容器和算法的桥梁。再次是仿函数，一般用作算法中，适配器提供各种粘合剂的功能，把不同部件之间的接口连接起来。

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