C++学习笔记总结：顺序容器

顺序容器

目录

• array
• vector
• deque双端队列
• list
• forward_list
• string//专门用于字符串访问的容器
• vector/deque/list拥有容器所有的操作。首尾相关的操作。

参考文献

• vector/deque/list详解

0 顺序容器的通用操作

• 对迭代器的理解：迭代器就是指向元素的指针。通过指针的移动来访问元素。效率更快。
• C++ 标准库提供了一系列范围相关的方法。例如
  • 范围创建constructor{},constructor(beg,end) constructor(n,t)
  • 范围替换assign({}),assign(beg,end),assign(n,t)
  • 范围插入insert(p,{}),insert(p,beg,end),insert(p,n,t)
  • 范围删除erase(beg,end)
  • 范围重构resize(n),resize(n,t)

0.1 访问元素

• 也可以使用迭代器访问元素。
• at会进行安全检查抛出异常。
• []下标运算符不会进行检查。
• back(),front()

方法	说明
back()	尾部元素访问。空容器函数行为未定义。触发异常。
front()	首部元素访问。空容器函数未定义。触发异常。
c[]	随机元素访问。索引外函数未定义。触发异常。
at(n)	随机元素访问。索引外抛出out_of_range异常
*iterator	迭代器元素访问。指针元素访问。

0.2 添加元素

• 总共有6+3=9种插入方法。insert有额外的两种范围插入方法。
• 在尾部添加元素push_back(),emplace_back()
• 在头部添加元素push_front(),emplace_front()
• 在中间添加元素insert(),emplace()
• insert方法提供了范围插入的方法。中间插入一个元素。在给定的一个迭代器之前插入一个值。中间插入多个元素。在给定的迭代器之前插入范围迭代器内的元素。

方法	说明
void push_back(T t)	容器尾部添加元素。
void emplace_back(args)	使用args初始化化一个元素。添加到容器尾部。
void push_front(T t)	容器头部添加元素。
void emplace_front(args)	使用args初始化一个元素。添加到容器头部。
iterator emplace(iterator p,args)	在迭代器指向的元素之前。创建一个args初始化的元素。返回指向新元素的迭代器。
iterator insert(iterator p,T t)	在迭代器指向的元素之前。创建一个值为t的元素。返回指向新元素的迭代器。
iterator insert(iterator p,iterator begin,iterator end)	在给定的迭代器之前。插入范围迭代器内的元素。返回指向第一个新元素迭代器。
iterator insert(iterator p,n,t)	在给定的元素之前。插入指定数量的相同元素。返回指向第一个新元素的迭代器。
iterator insert(iterator p,{a,b,c,})	在给定的元素之前，插入元素值列表中的元素。返回指向第一个新元素的迭代器。

0.3 删除元素

• back、front、push_back、push_front、pop_back、pop_front、emplace_front、emplace_back。是一组首尾相关的插入操作。
• insert、emplace、at、erase。是一组随机的操作。

方法	说明
void pop_back(void )	删除末尾的元素
void pop_front(void)	删除开头的元素。
iterator erease(iterator p)	删除迭代器指向的元素。返回被删除元素之后第一个元素的元素的迭代器。
iterator erase(b,e)	删除范围内的元素。返回被删除范围后的第一个元素的迭代器。
void clear()	删除c中所有的元素。

0.4 重构容器

• 并非该表容器内存的大小。而是改变容器范围的大小。

方法	说明
resize(n)	调整容器大小为n个元素。多出的元素被丢球。新添加的位置进行值初始化。
resize(n,t)	调整容器的大小为n个元素。任何添加的新元素初始化为t。

1 array

特殊构造方法

• 是静态的连续数组，只有默认初始化。
• 元素类型和容量。是类型的一部分。

array a;
array arr= {1, 2, 3, 4, 5};

特殊使用方法

• 值不能改变。不支持插入、删除操作。push/insert/emplace/erase/pop
• 与数组完全一致，只是定义方式不同。数组不能copy赋值，但是array可以copy赋值。

2 vector

特殊原理说明

• 连续存储结构，每个元素在内存上是连续的；支持 高效的随机访问和在尾端插入/删除操作，但其他位置的插入/删除操作效率低下； 相当于一个数组，但是与数组的区别为：内存空间的扩展。vector支持不指定vector大小的存储，但是数组的扩展需要程序员自己写。
• vector的内存分配实现原理：STL内部实现时，首先分配一个非常大的内存空间预备进行存储，即capacity（）函数返回的大小，当超过此分配的空间时再整体重新放分配一块内存存储（ VS6.0是两倍，VS2005是1.5倍），所以 这给人以vector可以不指定vector即一个连续内存的大小的感觉。通常此默认的内存分配能完成大部分情况下的存储。扩充空间（不论多大）都应该这样做：
  1. 配置一块新空间
  2. 将旧元素一一搬往新址
  3. 把原来的空间释放还给系统
• vector 的数据安排以及操作方式，与array 非常相似。两者的唯一差别在于空间的利用的灵活性。Array 的扩充空间要程序员自己来写。

特殊使用方法

• 最普通的容器。
• 不支持front头部的修改操作（pop_front(),push_front(),emplace_front())。只支持尾部back的操作。

3 deque

特殊原理说明

• 连续存储结构，即其每个元素在内存上也是连续的，类似于vector，不同之处在于， deque提供了两级数组结构， 第一级完全类似于vector，代表实际容器；另一级维护容器的首位地址。这样，deque除了具有vector的所有功能外， 还支持高效的首/尾端插入/删除操作。
• deque双端队列 double-end queue。deque是在功能上合并了vector和list。
• 优点
  • 随机访问方便，即支持[ ]操作符和vector.at()
  • 在内部方便的进行插入和删除操作
  • 可在两端进行push、pop
• 缺点
  • 占用内存多
• 使用区别：
  • 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
  • 如果你需要大量的插入和删除，而不关心随机存取，则应使用list
  • 如果你需要随机存取，而且关心两端数据的插入和删除，则应使用deque

特殊使用方法

• 最全面的容器操作
• 支持front头部操作和back尾部操作。

4 list

特殊原理说明

• 非连续存储结构，具有双链表结构，每个元素维护一对前向和后向指针，因此支持前向/后向遍历。 支持高效的随机插入/删除操作，但随机访问效率低下，且由于需要额外维护指针 ，开销也比较大。每一个结点都包括一个信息快Info、一个前驱指针Pre、一个后驱指针Post。可以不分配必须的内存大小方便的进行添加和删除操作。使用的是非连续的内存空间进行存储。
• 优点：
  • 不使用连续内存完成动态操作。
  • 在内部方便的进行插入和删除操作
  • 可在两端进行push、pop
• 缺点：
  • 不能进行内部的随机访问，即不支持[ ]操作符和vector.at()
  • 相对于verctor占用内存多
• 使用区别：
  • 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
  • 如果你需要大量的插入和删除，而不关心随机存取，则应使用list
  • 如果你需要随机存取，而且关心两端数据的插入和删除，则应使用deque

特殊使用方法

• 最全面的容器操作。不支持随机容器访问at和[]运算符。
• list的迭代器只能进行++/–。不能进行算数运算。
• 支持front、back的操作。
• 支持的额外操作如下（这些操作大部分在泛型算法中实现过了）

方法	说明
void remove( T val)	删除所有和val相等的元素。
void splice(iterator,list)	将整个链表插入到指定位置。原来的链表删除。
void splice(iterator,list,iterator)	将链表中指定位置的元素插入到list的list的位置。原来链表的指定元素删除。
void splice(iterator,list,iterator begin,iterator end	将链表begin和end之间的元素插入到指定位置。
void merge(list)	两个链表必须是有序链表。按照默认的顺序进行归并操作。归并排序使用。原来的链表删除。
void merge(list,cmp)	两个链表必须是有序链表。按照cmp中定义的大小关系进行归并操作。归并排序使用。
void reverse(void)	反转容器
sort()	对链表进行排序。
sort(cmp)	使用比较函数对链表进行排序。
unique()	移除连续且相同的元素

5 forward_list

特殊使用方法

• 因为forward_list是单向链表。所以提供了很多特殊操作。因为它无法访问到之前的元素。所以必须在前一个元素对下一个元素操作。
• 提供了一系列before、after
• 其他的操作是list操作的子集。
• 支持front的操作。但不支持back端的操作。

方法	说明
iterator before_begin()	首元素之前不存在的元素。
iterator cbefore_begin()	const的首迭代器。
emplace_after(p,args)	指定位置插入
insert_after(iterator p,T val)	在指定位置之后，单个元素插入。forward_list的特殊版本。在元素之后插入。
insert_after(iterator p,int n,T val)	在指定位置之后，n个val值的插入。forward_list 的特殊版本。在元素之后范围插入。
insert_after(iterator p,iterator begin,iterator end)	在指定位置之后。forward_list的特殊版本。插入begin,end范围内的元素。
insert_after(iterator p,{a,b,c,})	在指定位置之后。forward_list的特殊版本。插入列表范围内的元素。
erase_after(iterator p)	删除指定位置的元素
erase_after(iterator b,iterator e)	删除指定范围的元素

6 容器常见的问题

6.1 list和vector的区别：

1. vector为存储的对象分配一块连续的地址空间 ，随机访问效率很高。但是 插入和删除需要移动大量的数据，效率较低。尤其当vector中存储的对象较大，或者构造函数复杂，则在对现有的元素进行拷贝的时候会执行拷贝构造函数。

2. list中的对象是离散的，随机访问需要遍历整个链表， 访问效率比vector低。但是在list中插入元素，尤其在首尾 插入，效率很高，只需要改变元素的指针。

3. vector是单向的，而list是双向的；

4. 向量中的iterator在使用后就释放了，但是链表list不同，它的迭代器在使用后还可以继续用；链表特有的；

5. 使用原则：

   1. 如果需要高效的随机存取，而不在乎插入和删除的效率，使用vector；
   2. 如果需要大量高效的删除插入，而不在乎存取时间，则使用list；
   3. 如果需要搞笑的随机存取，还要大量的首尾的插入删除则建议使用deque，它是list和vector的折中；

6.2 常量容器const

• const vector vec(10);//这个容器里 capacity和size和值都是不能改变的， const修饰的是vector；
• 迭代器：const vector::const_iterrator ite; //常量迭代器；

6.3 capacity与size

• capacity是容器需要增长之前，能够盛的元素总数； 只有连续存储的容器才有capacity的概念（例如vector，deque，string），list不需要capacity。
• size是容器当前存储的元素的数目。
• vector默认的容量初始值，以及增长规则是依赖于编译器的。

6.4 用vector存储自定义类对象时，自定义类对象须满足：

• 有可供调用的无参构造函数（默认的或自定义的）；
• 有可用的拷贝赋值函数（默认的或自定义的）

6.5迭代器iterator

• vector与deque的迭代器支持算术运算，**list的迭代器只能进行++/–**操作，不支持普通的算术运算。
• 向量中的iterator在使用后就释放了，但是链表list不同，它的迭代器在使用后还可以继续用；链表特有的；