C++ 之 标准模板库（STL）的容器与迭代器
文章目录
- 标准模板库
- 容器概述
- 顺序容器
- 关联容器
- 容器适配器
- 顺序/关联容器中均有的成员函数
- 顺序容器常用函数
- 迭代器
- 双向迭代器
- 随机访问迭代器
- 容器容器上的迭代器类别
- 容器详解
- 顺序容器
- Vector
- List
- Deque
- 关联容器
- Multiset
- Set
- Multimap
- Map
- 实用类模板bitset
- 容器适配器详解
- Stack
- Queue
- Priority_queue
标准模板库
泛型程序设计(generic programming)的思想 : 模板机制，以及标准模板库STL 。
标准模板库 (STL,Standard Template Libaray)
一些常用数据结构和算法的模板的集合。将一些常用的数据结构（比如链表，数组，二叉树）和算法（比如排序，查找）写成模板，以后则不论数据结构里放的是什么对象，算法针对什么样的对象，则都不必重新实现数据结构，重新编写算法。
容器概述
可以用于存放各种类型的数据（基本类型的变量，对象等）的数据结构，都是类模版，分为三种：
- 顺序容器
vector,deque,list - 关联容器(排序的，查找速度更快)
set,multiset,map,multimap - 容器适配器
stack,queue,priority_queue
对象被插入容器中时，被插入的是对象的一个复制品。许多算法，比如排序，查找，要求对容器中的元素进行比较，有的容器本身就是排序的，所以，放入容器的对象所属的类，往往还应该重载 == 和 < 运算符。
顺序容器
容器并非排序的，元素的插入位置同元素的值无关。有 vector,deque,list三种。
vector 头文件
动态数组。元素在内存连续存放。随机存取任何元素都能在常数时间完成。在尾端增删元素具有较佳的性能（大部分情况下是常数时间）。
| — | A0 | A1 | A2 | — | — | — | — | — | — | — | An | — |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| begin | end |
deque 头文件
双向队列。元素在内存连续存放。随机存取任何元素都能在常数时间完成（但次于vector）。在两端增删元素具有较佳的性能（大部分情况下是常数时间）。
| — | — | A0 | A1 | A2 | A3 | A4 | A5 | — | — | — | — | — | — | — |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| begin | end |
list 头文件
双向链表。元素在内存不连续存放。在任何位置增删元素都能在常数时间完成。不支持随机存取。
关联容器
- 元素是排序的
- 插入任何元素，都按相应的排序规则来确定其位置
- 在查找时具有非常好的性能
- 通常以平衡二叉树方式实现，插入和检索的时间都是O(log(N))
set/multiset 头文件
set 即集合。set中不允许相同元素，multiset中允许存在相同的元素。
map/multimap 头文件
map与set的不同在于map中存放的元素有且仅有两个成员变量，一个名为first，另一个名为second，map根据first值对元素进行从小到大排序，并可快速地根据first来检索元素。那first 则相当于关键字，second 则存储的是值；
map同multimap的不同在于是否允许相同first值的元素，即关键字可重复与否；
容器适配器
stack：头文件
栈。是项的有限序列，并满足序列中被删除、检索和修改的项只能是最近插入序列的项（栈顶的项）。后进先出。
queue头文件
队列。插入只可以在尾部进行，删除、检索和修改只允许从头部进行。先进先出。
priority_queue 头文件
优先级队列。最高优先级元素总是第一个出列
顺序/关联容器中均有的成员函数
- begin 返回指向容器中第一个元素的迭代器
- end 返回指向容器中最后一个元素后面的位置的迭代器
- rbegin 返回指向容器中最后一个元素的迭代器
- rend 返回指向容器中第一个元素前面的位置的迭代器
- erase 从容器中删除一个或几个元素
- clear 从容器中删除所有元素
顺序容器常用函数
- front：返回容器中第一个元素的引用
- back：返回容器中最后一个元素的引用
- push_back：在容器末尾增加新元素
- pop_back：删除容器末尾的元素。
- erase：删除迭代器指向的元素（可能会使该迭代器失效），或删除一个区间，返回被删除元素后面的那个元素的迭代器
迭代器
定义一个容器类的迭代器的方法可以是：
容器类名::iterator 变量名;
容器类名::const_iterator 变量名;
容器类名::reverse_iterator 变量名;
容器类名::const_reverse_iterator 变量名;
访问一个迭代器指向的元素：*选代器变量名。
- 用于指向顺序容器和关联容器中的元素
- 迭代器用法和指针类似
- 有const和非const两种
- 通过迭代器可以读取它指向的元素
- 通过非const选代器还能修改其指向的元素
迭代器上可以执行++操作，以使其指向容器中的下一个元素。如果迭代器到达了容器中的最后一个元素的后面，此时再使用它,就会出错,类似于使用NULL或未初始化的指针一样。
双向迭代器
- 若p和p1都是双向迭代器,则可对p、p1可进行以下操作:
- ++p,p++使p指向容器中下一个元素
- –p,p-使p指向容器中上一个元素
- *p取p指向的元素
- p=p1赋值
- p==p1,p!=p1判断是否相等、不等
随机访问迭代器
- 双向迭代器的所有操作
- p+=i 将p向后移动i个元素
- p-=i 将p向向前移动i个元素
- p+i 值为：指向p后面的第i个元素的迭代器
- p-i 值为：指向p前面的第i个元素的迭代器
- p[i] 值为：p后面的第i个元素的引用
- p
容器容器上的迭代器类别
- vector 随机访问
- deque 随机访问
- list 双向
- set/multiset 双向
- map/multimap 双向
- stack 不支持选代器
- queue 不支持迭代器
- nriority aueue不支持迭代器
有的算法，例如sort，binary_search需要通过随机访问迭代器来访问容器中的元素，那么list以及关联容器就不支持该算法！
容器详解
顺序容器
Vector
- 可变长的动态数组
- 必须包含头文件 #include
- 支持随机访问迭代器
- 根据下标随机访问某个元素时间为常数
- 在尾部添加速度很快
- 在中间插入慢
成员函数：
| 成员函数 | 作用 |
|---|---|
| vector(); | 无参构造函数,将容器初始化成空的 |
| vector(int n); | 将容器初始化成有n个元素 |
| vector(int n,const T&val); | 假定元素类型是T,将容器初始化成有n个元素,每个元素的值都是Val |
| vector(iterator first,iterator last); | 将容器初始化为与别的容器上区间[first,last)一致的内容 |
| void pop_back(); | 删除容器末尾的元素 |
| void push_back(const T&val); | 将val添加到容器末尾 |
| int size(); | 返回容器中元素的个数 |
| T&font(); | 返回容器中第一个元素的引用 |
| T&back(); | 返回容器中最后一个元素的引用 |
List
- 在任何位置插入/删除都是常数时间
- 不支持根据下标随机存取元素
- 具有所有顺序容器都有的成员函数
成员函数：
| 成员函数 | 作用 |
|---|---|
| push_front | 在链表最前面插入 |
| pop_front | 删除链表最前面的元素 |
| sort | 排序(list不支持STL的算法sort) |
| remove | 删除和指定值相等的所有元素 |
| unique | 删除所有和前一个元素相同的元素 |
| merge | 合并两个链表,并清空被合并的链表 |
| reverse | 颠倒链表 |
| splice | 在指定位置前面插入另一链表中的一个或多个元素,并在另一链表中删除被插入的元素 |
Deque
双向队列
必须包含头文件#include
成员函数：
- 所有适用于vector的操作都适用于deque
- deque还有 push_front(将元素插入到容器的头部)和pop_front(删除头部的元素)操作
关联容器
set，multiset，map，multimap
- 内部元素有序排列，新元素插入的位置取决于它的值，查找速度快。
- 除了各容器都有的函数外，还支持以下成员函数：
- find：查找等于某个值的元素（x小于y和y小于x同时不成立即为相等）
- lower bound：查找某个下界
- upper_bound：查找某个上界
- equal_range：同时查找上界和下界
- count：计算等于某个值的元素个数（x小于y和y小于x同时不成立即为相等）
- insert：用以插入一个元素或一个区间
map/multimap容器里放着的都是pair模版类的对象，且按first从小到大排序
template<class _T1, class _T2>
struct pair{
typedef_T1 first type;
typedef_T2 second_type;
T1 first;
T2 second;
pair(): first(), second(){}
pair(const _T1&a, const_T2&b) : first(_a), second(b){}
template<class _U1, class _U2>
pair(const pair<_U1,_U2>&p) : first(p. first), second(p. second){}
Multiset
实现 ：
template<class Key,class Pred=less\<Key\>,class A=allocator<Key>>
class multiset{.....};
-
Pred类型的变量决定了multiset中的元素，“一个比另一个小”是怎么定义的。
multiset运行过程中，比较两个元素x，y的大小的做法，就是生成一个Pred类型的变量，假定为op，若表达式op（x，y）返回值为true，则x比y小。
Pred的缺省类型是less。 -
其中less模板定义：
template<class T>
struct less:public binary_function<T,T,bool>
{bool operator()(const T& x,const T& y){returnx<y;}const;};
成员函数 :
| 成员函数 | 作用 |
|---|---|
| iterator find(const T&val); | 在容器中查找值为val的元素,返回其迭代器.如果找不到,返回end(). |
| iterator insert(const T&val); | 将val插入到容器中并返回其迭代器. |
| void insert(iterator first,iterator last); | 将区间[first,last)插入容器. |
| int count(const T&val); | 统计有多少个元素的值和val相等. |
| iterator lower bound(const T&val); | 查找一个最大的位置it,使得[begin(),it),中所有的元素都比val小. |
| iterator upper bound(const T&val); | 查找一个最小的位置t,使得[t,end())中所有的元素都比val大. |
| pair |
同时求得lower_bound和upper_bound. |
| iterator erase(iterator it); | 删除it指向的元素,返回其后面的元素的迭代器(Visual studio2010上如此,但是在cpp标准和Dev cpp中,返回值不是这样). |
Set
实现 ：
template<class Key,class Pred=less\<Key\>,class A=allocator<Key>>
class set{...}
插入set中已有的元素时,忽略插入，重复的定义 : (a
插入函数的不同
template<typename T>
pair<std::set<T>::iterator,bool> insert(const T&val); 将val插入到容器中并返回其迭代器。
Multimap
实现 ：
template<class Key,class T,class Pred=less\<Key\>,classA=allocator<T>>
class multimap{
..
typedef pair<const Key,T> value_type;
...…
};//Key代表关键字的类型
- multimap中的元素由〈关键字,值〉组成,每个元素是一个pair对象,关键字就是first成员变量,其类型是Key
- multimap中允许多个元素的关键字相同.元素按照first成员变量从小到大排列,缺省情况下用less
定义关键字的"小于"关系.
示例：
# include Map
实现 ：
template<class Key,class T,class Pred=less\<Key\>, class A=allocator<T>>
class map{
... ...
typedef pair<const Key,T> value_type;
... ...
};
- map中的元素都是pair模板类对象.关键字(first成员变量)各不相同.元素按照关键字从小到大排列,缺省情况下用less
, 即"<“定义"小于”。
若pairs为map模版类的对象
- pairs[key]
返回对关键字等于key的元素的值（second成员变量）的引用。若没有关键字为key的元素，则会往pairs里插入一个关键字为key的元素，其值用无参构造函数初始化，并返回其值的引用。
如：
map
若不存在关键字等于50的元素，则插入此元素，并使其值变为5。
实用类模板bitset
实现
bitset template<size_tN>
class bitset
{
......
};
特性
- 实际使用的时候,N是个整型常数如:
bitset<40>bst; - bst是一个由40位组成的对象
- 用bitset的函数可以方便地访问任何一位
成员函数
- bitset&operator&=（const bitset&rhs）；
- bitset&operatorl=（const bitset&rhs）；
- bitset&operatorA=（const bitset&rhs）；
- bitset&operator<<=（size_tnum）；
- bitset&operator>>=（size_tnum）；
- bitset&set（）；/全部设成1
- bitset&set（size_t pos，bool val=true）；//设置某位
- bitset&reset（）；//全部设成0
- bitset&reset（size_t pos）；/某位设成0
- bitset&flip（）；//全部翻转
- bitset&flip（size_t pos）；//翻转某位
- reference operator[]（size_t pos）；//返回对某位的引用。
- bool operator[](size_t pos）const；//判断某位是否为1
- reference at（size_t pos）；
- bool at（size_t pos）const；
- unsigned long to_ulong（）const；//转换成整数
- string to_string（）const；//转换成字符串
- size_t count（）const；//计算1的个数
- size_t size（）const；
- bool operator==（const bitset&rhs）const；
- bool operator！=（const bitset&rhs）const；
容器适配器详解
可以用某种顺序容器来实现
（让已有的顺序容器以栈/队列的方式工作）
- stack：头文件
栈–后进先出 - queue：头文件
队列–先进先出 - priority_queue：头文件
优先级队列–最高优先级元素总是第一个出列R
都有3个成员函数：
- push：添加一个元素；
- top：返回栈顶部或队头元素的引用
- pop：删除一个元素容器适配器上没有迭代器
STL中各种排序，查找，变序等算法都不适合容器适配器
Stack
实现 ：
template<class T，class Cont=deque<T>>
class stack{
...
};
- stack 是后进先出的数据结构
- 只能插入，删除，访问栈顶的元素
- 可用 vector，，list，deque来实现
- 缺省情况下，用deque实现
- 用vector和deque实现，比用list实现性能好
- push，pop，top函数均在栈顶
Queue
实现 ：
template<class T，class Cont=deque<T>>
class queue{
}；
- 和stack 基本类似，可以用list和deque实现
- 缺省情况下用deque实现
- push在队尾，pop，top函数均在队头
Priority_queue
- 和queue类似，可以用vector和deque实现
- 缺省情况下用vector实现
- priority_queue 通常用堆排序技术实现，保证最大的元素总是在最前面
- 执行pop操作时，删除的是最大的元素
- 执行top操作时，返回的是最大元素的引用
- 默认的元素比较器是less