c++顺序容器详解

顺序容器：

c++提供的容器分为顺序容器和关联容器。顺序容器也称为序列式容器。序列式容器按元素插入的顺序存储元素，这些元素可以进行排序，但未必是有序的。

1、array

1. array内部是一个固定数组，是连续存储结构，定义时便要指定大小（如：array a），随机访问（operator[ ]和vetor.at( )）效率很高。
2. array分配内存的位置取决于定义的位置和方式（如定义为全局变量或局部静态变量，则在全局/静态存储区上分配内存）。
3. array不支持添加和删除元素等改变容器大小的操作。

2、vector

1.  vector内部是一个建立在自由存储区上的连续存储结构，所以随机访问（operator[ ]和vetor.at( )）效率很高。
2. vector定义时会默认分配一个非常大的连续内存空间进行存储，可用capacity()来返回该空间的大小。
3. vector与数组类似，但是当vector内部分配的内存空间不够用时，会自动重新分配一块更大的空间进行扩充，而array扩充空间要程序员自己写。
4. 在vector尾部插入删除元素时效率较高，而在其他地方进行插入删除操作效率很低，因为要进行元素的拷贝移动。只支持在尾部push和pop。

3、string

1. 与vector相似的动态数组，专用来保存操作字符。
2. string内部是连续存储结构，随机访问效率高。
3. 在string尾部插入删除元素时效率较高，而在其他地方进行插入删除操作效率很低，支持在尾部push和pop。

4、list

1. list内部是一个双链表结构，每个元素都包括一个信息Info、一个前驱指针pre、一个后驱指针post，所以是一个非连续的存储结构。
2. 因为list内元素的非连续存储，所以不支持随机访问（operator[ ]和vetor.at( )）。
3. 在list内进行插入删除操作时效率很高，只需新建元素后用指针维护元素间的关系，不需大量拷贝移动元素。可在两端进行push和pop。

5、forward_list

1. forward_list内部是单链表结构，所以只支持单向顺序访问。
2. 因为list内元素的非连续存储，所以不支持随机访问（operator[ ]和vetor.at( )）。
3. 和list相似在任何位置进行插入删除操作时效率很高。可在头部进行push和pop，出于对效率的考虑，不提供在尾部的操作。
4. forward_list是唯一一个在给定位置之后插入新元素的容器（如：insert_after、emplace_after、erase_after、splice_after），不提供size()操作。

6、deque

1. deque内部是多个独立的连续存储块，提供了两级数组结构，第一级维护类似于vector的容器，第二级维护一级容器的首地址（相当于虚拟的连接多个连续存储块）。
2. deque支持较为快速的随机访问，但是因为deque是两级结构，所以随机访问速度比vector稍慢一些。
3. deque第一个区块朝一个方向扩展，最后一个区块朝另一方向扩展。因为deque在前面和后面添加元素时都不需要移动其它块的元素，所以支持高效的首/尾端插入或删除操作，而在中间插入删除和vector一样效率较低。

 

比较：

容器	头文件	内部存储结构	元素访问	插入/删除操作效率	迭代器失效
array		固定大小	快速随机访问	不支持插入/删除	对象被销毁时失效
vector		动态一维数组	快速随机访问	尾部高效插入/删除	若引起内存重新分配，则全部迭代器失效；否则插入点/删除点之后的迭代器失效
string		只存储字符的动态数组	快速随机访问
list		双向链表	双向顺序访问	任何位置高效插入/删除	删除操作后指向被删除元素的迭代器失效
forward_list		单向链表	单项顺序访问
deque		双端队列	快速随机访问	首尾高效插入/删除	在首部或尾部删除元素使指向被删除元素的迭代器失效；其他位置插入和删除时将使所有迭代器失效

 

选用容器的情况：

1. 如果需要高效、灵活的内存管理，最好不使用array，一般情况下使用vector比较好。
2. 如果需要随机访问操作，则使用vector或deque。
3. 如果只需要在容器末尾插入/删除操作，则使用vector；如果只需要在容器首尾插入/删除操作，则使用deque；如果需要在容器中部插入/删除操作，则使用list或forward_list。
4. 既需要随机访问，又需要随机插入/删除，则使用deque。
5. 若空间开销比较重要时，则不使用list或forward_list。
6. 只对字符进行存取操作时，使用string。

 

容器适配器：

1. stack（栈），一种先进后出的数据结构，stack默认以deque为底部容器，通过push/pop接口对栈顶元素进行操作。
2. queue（队列），一种先进先出的数据结构，queue默认以deque为底部容器，通过push向队尾压入元素，通过pop从队首弹出元素。
3. priority-queue（优先队列），是一种拥有权值观念的queue，priority-queue以vector或deque为底部容器，支持随机访问。

 

容器操作：

具体每个容器可使用的操作函数可参考上述各容器特点

操作类型	操作	意义
构造	C c	默认构造函数，构造空容器
	C c1(c2)	构造c2的拷贝c1
	C c(b,e)	构造c，将迭代器b和e指定的范围内的元素拷贝到c（array不支持）
	C c{a1,a2...an}	列表初始化c
添加	c.push_back(t)	在容器c尾部添加值为t的元素。返回void 类型
	c.push_front(t)	在容器c的前端添加值为t的元素。返回void 类型
	c.insert(p,t)	在迭代器p所指向的元素前面插入值为t的新元素。返回指向新添加元素的迭代器。
	c.insert(p,n,t)	在迭代器p所指向的元素前面插入n个值为t的新元素。返回void 类型
	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标记的范围内的元素。返回 void 类型
大小操作	c.size()	返回容器c中元素个数。返回类型为 c::size_type
	c.max_size()	返回容器c可容纳的最多元素个数，返回类型为c::size_type
	c.empty()	返回标记容器大小是否为0的布尔值
	c.resize(n)	调整容器c的长度大小，使其能容纳n个元素，如果n
	c.resize(n,t)	调整容器c的长度大小，使其能容纳n个元素。所有新添加的元素值都为t
访问	c.back()	返回容器 c 的最后一个元素的引用。如果 c 为空，则该操作未定义
	c.front()	返回容器 c 的第一个元素的引用。如果 c 为空，则该操作未定义
	c[n]	返回下标为 n 的元素的引用。如果 n <0 或 n >= c.size()，则该操作未定义
	c.at(n)	返回下标为 n 的元素的引用。如果下标越界，则该操作未定义
删除	c.erase(p)	删除迭代器p所指向的元素。返回一个迭代器，它指向被删除元素后面的元素。如果p指向容器内的最后一个元素，则返回的迭代器指向容器超出末端的下一位置。如果p本身就是指向超出末端的下一位置的迭代器，则该函数未定义
	c.erase(b,e)	删除迭代器b和e所标记的范围内所有的元素。返回一个迭代器，它指向被删除元素段后面的元素。如果e本身就是指向超出末端的下一位置的迭代器，则返回的迭代器也指向容器的超出末端的下一位置
	c.clear()	删除容器c内的所有元素。返回void
	c.pop_back()	删除容器c的最后一个元素。返回void。如果c为空容器，则该函数未定义
	c.pop_front()	删除容器c的第一个元素。返回void。如果c为空容器，则该函数未定义
赋值	c1 = c2	删除容器 c1 的所有元素，然后将 c2 的元素复制给 c1。c1 和 c2 的类型（包括容器类型和元素类型）必须相同。
	c1.swap(c2)	交换内容：调用完该函数后，c1 中存放的是 c2 原来的元素，c2 中存放的则是 c1 原来的元素。操作数必须是相同类型的容器，而且所存储的元素类型也必须相同。
	c.assign(b,e)	重新设置 c 的元素：将迭代器 b 和 e 标记的范围内所有的元素复制到 c 中。b 和 e 必须不是指向 c 中元素的迭代器。
	c.assign(n,t)	将容器 c 重新设置为存储 n 个值为 t 的元素。