所有的標准庫容器都是類模板,用以存儲單一類型元素的集合。順序容器按元素位置存儲訪問,關聯容器按鍵存儲訪問。
1 順序容器
將單一類型的元素按順序存儲,以下標來訪問元素。標准庫定義了三種順序容器:vector,list及deque。vector支持快速隨機訪問;list支持快速插入刪除;deque是雙端隊列。
a)容器初始化:
C<T> c; 創建一個名為c的容器,容器類型為C,如vector或list,T為容器內元素類型。適用於所有容器;
C c1(c); 創建容器c的副本,c1和c必須具有相同的容器類型和元素類型,適用於所有容器;
C c(b,e); 創建容器c,元素是迭代器b,e標示范圍內的副本,適用於所有容器;
C c(n,t); 創建容器c,元素為n個值為t的值,t的類型必須是容器C的元素類型或者可以轉換為該類型,只適用於順序容器;
C c(n); 創建具有n個值初始化元素的容器c,元素類型為值n的類型,只適用於順序容器;
注:* 在使用迭代器復制元素時,不要求雙方容器類型相同,容器內元素類型也可以不同,只要元素類型可以相互轉換即可;
* 迭代器范圍[b,e)是左閉右開區間,即e所指的元素並未被復制,e只是提供了停止復制的條件;
b)元素類型約束:
元素類型必須滿足:
元素類型必須支持賦值;
元素類型的對象必須可以復制;
關聯容器的鍵類型必須且只要實現<操作符即可。
注:*大多數類型都能滿足上述最低限制的約束。例外,引用不支持一般意義上的賦值,IO庫類型不支持復制或賦值,所以兩者以及auto_ptr類型都不能作為容器的元素類型。
2 迭代器
一種數據類型,用於遍歷容器內元素,標准庫容器都有自己的迭代器,配合算法使用。迭代器是標准庫容器類型的配套設施。
a)迭代器范圍是一個左閉右開的區間,即[b,e);
b)一些容器操作會使指向容器元素的迭代器失效,要特別注意。
c)const_iterator迭代器和const迭代器的區別;
注:*迭代器往往和容器及泛型算法結合使用,本節僅簡單描述,後面會有詳盡的介紹。
3 順序容器的操作
a)begin和end操作:
c.begin(),c.end(),c.rbegin(),c.rend();
非const版本:vector<string>::iterator = c.begin();
vector<string>::reverse_iterator = c.rbegin();
const版本: vector<string>::const_iterator = c.begin();
vector<string>::const_reverse_iterator = c.rbegin();
b)添加操作:
c.push_back();在容器尾部添加值為t的元素,返回void;
c.push_front();在容器頭部添加值為t的元素,返回void,只適用於list和deque;
c.insert(p,t);在迭代器p所指向的元素前面插入值為t的元素,返回指向t的迭代器;
c.insert(p,n,t);在迭代器p所指向的元素前面插入n個值為t的元素,返回void;
c.insert(p,b,e);在迭代器p所指向的元素前面插入由迭代器b和e標記的范圍內的元素,返回void;
注:*添加元素可能會使迭代器失效,所以每次操作之後都應該及時更新迭代器;
c)容器大小:
c.size();返回容器內元素個數,返回類型為c::size_type;
c.max_size();返回容器內最多可容納的元素個數,返回類型為c::size_type;
c.empty();測試容器內是否有元素;
c.resize(n);調整容器大小,使其能容納n個元素;
c.resize(n,t);調整容器大小,使其能容納n個元素,新添加元素以t初始化;
注:*c.resize(n)中,當n < c.size(),刪除多出來的元素;否則,采用值初始化添加新元素;
*c.reserve(n);僅調整c的最大容量,並不初始化元素;
*c.resize(n)和c.resize(n,t)可能會使迭代器失效;
d)訪問元素:
c.front();返回容器內第一個元素的引用,如果c為空,該操作未定義;
c.back();返回容器內最後一個元素的引用,如果c為空,該操作未定義;
c[n];和c.at(n);返回下標為n的元素的引用,n越界時,該操作未定義,只用於vector和deque;
e)刪除元素:
c.erase(p);刪除迭代器p指向的元素,返回一個指向被刪除元素後面的元素的迭代器;
c.erase(b,e);刪除迭代器b和e標記范圍內的所有元素,返回一個指向被刪除元素段後面的元素的迭代器;
c.clear();刪除容器內的所有元素,返回void;
c.pop_back();刪除容器的最後一個元素,返回void;
c.pop_front();刪除容器的第一個元素,返回void,只適用於list和deque;
注:*刪除元素可能會使迭代器失效,所以每次操作之後都應該及時更新迭代器;
f)賦值操作:
cl = c2;刪除cl的所有元素,將c2的所有元素復制給c1,c1和c2的容器類型及元素類型必須相同;
cl.swap(c2);交換c1和c2中的所有元素,c1和c2的容器類型及元素類型必須相同;
c.assign(b,e);重新給c賦值,內容為b和e所標記范圍內的元素,b和e必須不是指向c中的元素的迭代器;
c.assign(n,t);將c中的元素重新設置為n個值為t的元素;
注:*賦值和assign操作會使左操作數中的迭代器失效,但是swap操作後,迭代器仍然指向相同的元素;
*swap操作在常量時間內完成,沒有移動任何元素;
4 vector容器的自增長
vector預留了額外的存儲區,用於存放新添加的元素,當現有的空間用完之後再自動重新分配存儲空間。capacity()和reserve()使程序員可以和vector的內存分配的實現部分交互工作。
a)c.capacity();獲取c在要分配更多的存儲空間之前所能容納的元素總數;
b)c.reserve(n);c應該預留n個元素的存儲空間;
注:*c.resize(n);和c.reserve(n);的區別很微妙,前者對多出來的新元素進行值初始化;後者僅僅調整存儲空間,而不進行任何初始化。
*c.max_size();和c.capacity();的區別也很微妙。簡單的說,c.max_size();是c.capacity();的最大值,前者是一個常量,值取決於操作系統或C++庫的實現,而後者則是一個變量。
www.cplusplus.com/reference/stl/vector/max_size/有清晰的描述。
*c.size(); <= c.capacity(); <= c.max_size();
5 順序容器的選用
a)順序容器的特點:
vector容器可以實現高效的隨機訪問,但是除了容器尾部外,在其他任何位置添加和刪除元素卻很低效;
list容器可以實現高效的添加刪除,但是隨機訪問的效率卻很低;
deque容器支持對所有元素的隨機訪問,在容器的首部和尾部可以高效地添加刪除元素,但是在中間位置添加刪除元素卻又很低效。
注:*應用中占優勢的操作將決定使用哪種類型的容器。
6 容器適配器
適配器概念的定義:是一種標准庫類型,函數或迭代器,使一種標准庫類型,函數或迭代器的行為類似於另一種標准庫類型,函數或迭代器。本質上,適配器是使一種事物的行為類似於另
一種事物行為的機制。容器適配器在其基礎容器上定義一個新的接口,使基礎容器擁有另一種不同容器的工作方式。
順序容器適配器:stack(棧),queue(隊列),priority_queue(優先級隊列)。
a)容器適配器通用的操作和類型:
size_type 一種類型,存儲此適配器類型最大對象的長度;
value_type 元素類型;
container_type 基礎容器的類型;
A a;創建一個新的容器適配器;
A a(c);創建一個新的容器適配器a,初始化為c的副本;
關系操作符:==,!=,<,<=,>,>=。
b)適配器的初始化:
deque<int> deq;
stack<int> stk();
stack<int> stk(deq);
注:*stack適配器和queue適配器的基礎容器默認為deque,priority_queue的基礎容器默認為vector。
c)覆蓋基礎容器類型:
deque<int> deq;
stack<int,vector<int> > stk(deq);
注:*stack適配器關聯的基礎容器可以是任意一種順序容器類型;
*queue適配器要求基礎容器必須提供push_frong操作,只能建立在list容器上;
*priority_queue適配器要求提供隨機訪問操作,只能建立在vector或deque容器上;
d)棧適配器的操作:
s.empty();返回棧是否為空;
s.size();返回棧中的元素個數;
s.pop();刪除棧頂元素,返回void;
s.top();返回棧頂元素,但不刪除該元素;
s.push(item);在棧頂壓入新元素;
注:*程序員不能直接使用棧適配器所關聯的基礎容器的操作。
e)隊列和優先級隊列的操作:
q.empty();返回隊列是否為空;
q.size();返回隊列中的元素個數;
q.pop();刪除隊首元素,返回void;
q.front();返回隊首元素,但不刪除元素,只適用於隊列;
q.back();返回隊尾元素,但不刪除元素,只適用於隊列;
q.top();返回具有最高優先級的元素,但不刪除該元素,只適用於優先級隊列;
q.push(item);對於queue,在隊尾壓入一個元素;對於priority_queue,在基於優先級的適當位置插入一個元素。
作者:馬哈魚