C++-----STL与泛型编程（1）

      此系列博客，图片文字观点均是来自侯捷老师讲义课程，仅作为学习用途。

          无意在网上看到侯捷老师的课程，第一眼看见就决定有时间一定要看看。这一部分的东西主要是侯捷老师视频和课件整理而来，让自己对C++和STL有一个比较深入的理解。使用一个东西，却不明白它的道理，这不高明。虽然这句话在别的地方不一定适用，但是对于程序员而言，知其然很重要，知其所以然也很重要。

1、命名空间

        命名空间是可以将你写的一些类、函数、模板等等再进行一下封装。命名空间防止名字冲突提供了更加可控的机制，命名空间分割了全局命名的空间，其中每个命名空间都是一个作用域，通过在某个命名空间中定义库的名字，库的作者以及用户可以避免全局名字固有的限制。

2、STL体系结构基础介绍

       

 

        Container(容器) ：各种基本数据结构
        Adapter(适配器)： 可改变containers、Iterators或Function object接口的一种组件
        Algorithm(算法) ：各种基本算法如sort、search…等
        Iterator(迭代器) ：连接containers和algorithms
        Function object(函数对象) ：函数对象（function object）也称为仿函数（functor）。一个行为类似函数的对象，它可以没有参数，也可以带有若干参数。
        Allocator(分配器)：负责空间配置与管理。

        

        第11行一开始使用了容器，之后使用了分配器，但是一般使用过程中不使用，系统会默认使用分配器。这里尖括号代表使用的模板。第13行使用了一个算法count_if（计算符合条件的数的数量），这个算法的前两个参数，返回迭代器，第三个参数使用了仿函数（less）和仿函数的适配器（bind2nd、not1）。14行是一个判断条件，返回真或假。

3、复杂度

        常见的复杂度：

       

4、范围for循环

        C++11提供了一个很好的遍历容器的语法。

        

5、容器-结构与分析

        

        容器主要分为序列式容器和关联式容器。最右边的unordered containers是一种不定顺序的容器，底层是用哈希表实现的。

        Array是数组，vector是将数组封装可以向后扩充。deque（音同代课）双向队列可以向两边扩充。list双向链表。Forword-List单向链表。

        set，map，底层是用红黑树实现的，红黑树是一种和AVL平衡树很像的树。set是关键字和键值一样的集合，map是一个关键字对应一个键值。mutiset和mutimap是可以放重复元素的，但是set和map是不可以的。map和set都是有序的。

       unordered_set、unordered_map底层是由哈希表实现的。

6、容器分类以及各种测试

    6.1 array固定数组

        

        array是一个固定大小额数组，所以需要在一开始指定其大小，尖括号之内的第二个元素是其大小。

    6.2 vector

        

        vector是一个可变的数组序列容器，它会自动扩容，每次扩容是之前的两倍，扩容时是在另外一个地址空间上找一个两倍大小的地方，再将原来的元素复制过去，这个过程是比较耗时的。插入只能从后面插入元素。

    6.3 list

        

       list是一个双向链表。list里有一个max_size()成员函数，含义是能存放的最大元素。 当一个容器含有自己的sort()函数，这个函数一般比标准库的sort更加高效。可以从前后插入。

    6.4 forward_list

        

        单向链表，只能从后面插入元素，不提供size()函数，提供可以取得第一个元素front()，不提供最后一个元素的成员函数。   

    6.5 deque

        

        双向队列，双端队列是具有动态大小的序列容器，可以在两端（前端或后端）扩展或收缩。实际的存储结构是上图下部分，它其实是分段连续的，但是在使用上会让使用者感觉是连续的。双端队列的元素可以分散在不同的块中存储，容器在内部保存必要的信息，以便在恒定时间内通过统一的顺序接口（通过迭代器）直接访问其任何元素。每次扩充是一个buf。自身没有排序函数，需要使用标准库的sort函数。

    6.6 stack

        

        stack（栈），专门设计用于在LIFO上下文中操作（后进先出），其中元素仅从容器的一端插入和提取。源码中其实是用deque实现的。stack和queue由于没有自己的数据结构，所以一般把它们两个叫作容器适配器。

    6.7 queue

        

        queue 是一种容器适配器，专门设计用于在FIFO上下文中操作（先进先出），其中元素插入容器的一端并从另一端提取。源码中也是用deque实现的。

        以上的容器都是序列式容器，查找起来会比较慢，以下的容器是关联式容器，它们的查找基本是不需要1ms就可以得到。

    6.8 multiset

        

        其key就是其value。其实现是使用红黑树实现的。插入元素使用insert()。里面可以存放相同元素。它含有自己的find函数，查找很快。

    6.9 multimap

        

       其内部结构也是红黑树，每一个key对应一个value，查找的时候使用key来查找value。其插入时需要将key和value组织起来，假设定义为multimap,那么在插入时使用pair(a,b)。使用find函数返回一个iterators，当需要使用这个值或者输出时，和前面不一样的是前面直接解引用就可以，但是在这里，解引用之后是一个pair。假设返回的iterator是pitem，那么如果需要使用key的值，则需要(*pitem).first。如果需要使用value，那么就要这样(*pitem).first。

    6.10 unordered_multiset

        

        unordered_multiset底层是用哈希表实现的。hashtable内部有很多个bucket，每个bucket可以存放多个元素。这几个元素的哈希值是相同的，所以存放在同一个bucket中。bucket的值总是大于元素的个数。当相等的时候会自动扩容。是不按特定顺序存储元素的容器，允许基于其值快速检索单个元素，非常类似于unordered_set容器，但允许不同元素具有等效值。自带find函数，查找很快。

    6.11 unordered_multimap

        

        无序multimaps是关联容器，它存储由key和value组合形成的元素，类似于unordered_map容器，但允许不同的元素具有等效键。底层实现也是哈希表。很多东西和上面的是一样的。

    6.12 set

        

        set和multiset的区别是set里面不能出现重复元素，而multiset里面可以存放相同元素。底层实现是红黑树。

    6.13 map

        

        map和multimap的区别和上面一样，map里面不能出现重复元素，而multimap可以存放相同元素。multimap不可以使用[]进行插入操作，但是map可以。

    6.14 unordered_set

        

        和unordered_multiset很像，区别还是一个可以存放相同元素，一个不可以存放相同元素。底层是用哈希表实现。

    6.15 unordered_map

         

        和unordered_multimap很像，区别也是一个可以存放相同元素一个不可以，底层是用哈希表实现。

7、使用分配器 

        容器的参数一般还会有一个参数，叫作分配器（allocator），但是这个参数一般是省略的。分配器的作用一般是为容器分配内存。我们一般不会直接去使用分配器，分配器的使用需要注意的问题比较多，在程序中我们一般直接适用容器，如果需要小量的内存，可以使用new或者malloc。