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vector和built-in数组类似,它拥有一段连续的内存空间,并且起始地址不变,因此它能非常好的支持随机存取,即[]操作符,但由于它的内存空间是连续的,所以在中间进行插入和删除会造成内存块的拷贝,另外,当该数组后的内存空间不够时,需要重新申请一块足够大的内存并进行内存的拷贝。这些都大大影响了vector的效率。
list就是数据结构中的双向链表(根据sgi stl源代码),因此它的内存空间可以是不连续的,通过指针来进行数据的访问,这个特点使得它的随机存取变的非常没有效率,因此它没有提供[]操作符的重载。但由于链表的特点,它可以以很好的效率支持任意地方的删除和插入。
deque是一个double-ended queue,它的具体实现不太清楚,但知道它具有以下两个特点:它支持[]操作符,也就是支持随即存取,并且和vector的效率相差无几,它支持在两端的操作:push_back、push_front、pop_back、pop_front等,并且在两端操作上与list的效率也差不多。
因此在实际使用时,如何选择这三个容器中哪一个,应根据你的需要而定,一般应遵循下面的原则:
1、如果你需要高效的随即存取,而不在乎插入和删除的效率,使用vector
2、如果你需要大量的插入和删除,而不关心随即存取,则应使用list
3、如果你需要随即存取,而且关心两端数据的插入和删除,则应使用deque。
STL是 C++的ANSI/ISO 标准的一部分,可以用于所有C++语言编译器和所有平台。STL的同一版本在任意硬件配置下都是可用的;STL 提供了大量的可复用软件组织。例如,程序员再也不用自己设计排序,搜索算法了,这些都已经是STL的一部分了。使用STL编写的代码更容易修改和阅读,因为代码更短了,很多基础工作代码已经被组件化了。
STL 的组成
STL有三大核心部分:容器(Container)、算法(Algorithms)、迭代器(Iterator),容器适配器(container adaptor),函数对象(functor),除此之外还有STL其他标准组件。
容器(container):
容器是数据在内存中组织的方法,例如,数组、堆栈、队列、链表或二叉树(不过这些都不是STL标准容器)。STL中的容器是一种存储T(Template)类型值的有限集合的数据结构,容器的内部实现一般是类。这些值可以是对象本身,如果数据类型T代表的是Class的话。
算法(algorithm):
算法是应用在容器上以各种方法处理其内容的行为或功能。例如,有对容器内容排序、复制、检索和合并的算法。在STL中,算法是由模板函数表现的。这些函数不是容器类的成员函数。相反,它们是独立的函数。令人吃惊的特点之一就是其算法如此通用。不仅可以将其用于 STL容器,而且可以用于普通的C++数组或任何其他应用程序指定的容器。
迭代器(iterator):
一旦选定一种容器类型和数据行为(算法),那么剩下唯一要他做的就是用迭代器使其相互作用。可以把迭代器看作一个指向容器中元素的普通指针。可以如递增一个指针那样递增迭代器,使其依次指向容器中每一个后继的元素。迭代器是STL的一个关键部分,因为它将算法和容器连在一起。
下面我将依次介绍STL的这三个主要组件。
容器
STL中的容器有队列容器和关联容器,容器适配器(congtainer adapters:stack,queue,priority queue),位集(bit_set),串包(string_package)等等。
在本文中,我将介绍list,vector,deque等队列容器,和set和multisets,map和multimaps等关联容器,一共7种基本容器类。
队列容器(顺序容器):队列容器按照线性排列来存储T类型值的集合,队列的每个成员都有自己的特有的位置。顺序容器有向量类型、双端队列类型、列表类型三种。
基本容器——顺序容器
向量(vector容器类):#include <vector>,vector是一种动态数组,是基本数组的类模板。其内部定义了很多基本操作。既然这是一个类,那么它就会有自己的构造函数。vector 类中定义了4种构造函数:
默认构造函数,构造一个初始长度为0的空向量,
如:vector<int> v1;
带有单个整形参数的构造函数,此参数描述了向量的初始大小。这个构造函数还有一个可选的参数,这是一个类型为T的实例,描述了各个向量种各成员的初始值;
如:vector<int> v2(init_size,0); 如果预先定义了:int init_size;他的成员值都被初始化为0;
复制构造函数,构造一个新的向量,作为已存在的向量的完全复制,
如:vector<int> v3(v2);
带两个常量参数的构造函数,产生初始值为一个区间的向量。区间由一个半开区间[first,last](MS word的显示可能会有问题,first前是一个左方括号,last后面是一个右圆括号)来指定。
如:vector<int> v4(first,last)
下面一个例子用的是第四种构造方法,其它的方法读者可以自己试试。
为了帮助理解向量的概念,这里写了一个小例子,其中用到了vector的成员函数:begin(),end(),push_back(),assign(),front(),back(),erase(),empty(),at(),size()。
push_back()是将数据放入vector(向量)或deque(双端队列)的标准函数。Insert()是一个与之类似的函数,然而它在所有容器中都可以使用,但是用法更加复杂。end()实际上是取末尾加一,以便让循环正确运行--它返回的指针指向最靠近数组界限的数据。
在Java里面也有向量的概念。Java中的向量是对象的集合。其中,各元素可以不必同类型,元素可以增加和删除,不能直接加入原始数据类型。
双端队列(qeque容器类):#include <deque>
deque(读音:deck,意即:double queue)容器类与vector类似,支持随机访问和快速插入删除,它在容器中某一位置上的操作所花费的是线性时间。与vector不同的是,deque还支持从开始端插入数据:
push_front()。此外deque也不支持与vector的capacity()、reserve()类似的操作。
上面我们演示了deque如何进行插入删除等操作,像erase(),assign()是大多数容器都有的操作。关于deque的其他操作请参阅附录。
表(List容器类):#include <list>
List又叫链表,是一种双线性列表,只能顺序访问(从前向后或者从后向前),图2是list的数据组织形式。与前面两种容器类有一个明显的区别就是:它不支持随机访问。要访问表中某个下标处的项需要从表头或表尾处(接近该下标的一端)开始循环。而且缺少下标预算符:operator[]。
同时,list仍然包涵了erase(),begin(),end(),insert(),push_back(),push_front()这些基本函数,下面我们来演示一下list的其他函数功能。
merge():合并两个排序列表;
splice():拼接两个列表;
sort():列表的排序;
上面并没有演示splice()函数的用法,这是一个拗口的函数。用起来有点麻烦。图3所示是splice函数的功能。将一个列表插入到另一个列表当中。list容器类定义了splice()函数的3个版本:splice(position,list_value);
splice(position,list_value,ptr);
splice(position,list_value,first,last);
list_value是一个已存在的列表,它将被插入到源列表中,position是一个迭代参数,他当前指向的是要进行拼接的列表中的特定位置。
listn1:123,0,34,1123 listn2:12,100
执行listn1.splice(find(listn1.begin(),listn1.end(),0),listn2);之后,listn1将变为:123,12,100,34,1123。即把listn2插入到listn1的0这个元素之前。其中,find()函数找到0这个元素在listn1中的位置。值得注意的是,在执行splice之后,list_value将不复存在了。这个例子中是listn2将不再存在。
第二个版本当中的ptr是一个迭代器参数,执行的结果是把ptr所指向的值直接插入到position当前指向的位置之前.这将只向源列表中插入一个元素。
第三个版本的first和last也是迭代器参数,并不等于list_value.begin(),list_value.end()。First指的是要插入的列的第一个元素,last指的是要插入的列的最后一个元素。
如果listn1:123,0,34,1123 listn2:12,43,87,100 执行完以下函数之后listn1.splice(find(listn1.begin(),listn1.end(),0),++listn2.begin(),--listn2.end());
listn1:123,43,87,0,34,1123 listn2:12,100
除了vector,deque,list三种基本顺序容器,其他的顺序容器还有:slist,bit_vector等等。
完