面经笔记本 语言基础理论 【五：C++ STL】

目录

零、模板

一、STL基本概念

二、string

三、vector

四、list

五、vector与list

六、deque

七、set\multiset

八、map\multimap\unordered_map

8.1 map与unordered_map

九、仿函数

十、谓词

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零、模板

1.C++提供两种模板

函数模板和类模板

语法：

template

template

函数模板：

typename表示这个后面的符号是一种数据类型，

T表示一种通用的数据类型，名称可以替换，通常为大写字母

使用函数模板有两种方式：

自动类型推导，显示指定类型。

一般我们采用显示指定类型的方式，也就是在函数名后，括号前加上

类模板：

建立一个通用类，类中成员的数据类型可以不具体指定，用一个虚拟的类来代表。

2.模板的问题

如果T的数据类型是自定义类型，那么可以重载模板，提供具体化的模板。

3.类模板与函数模板的区别

1. 类模板没有自动类型推导的使用方式，必须声明类型

2. 类模板在模板参数列表中可以有默认参数

4.类模板中成员函数创建时机

普通类中的成员函数一开始就可以创建

类模板中的成员函数在调用时才创建

一、STL基本概念

为了简化数据结构与算法的题韬标准，运用了面向对象和泛型编程思想，调高复用性，诞生了STL，标准模板库。

STL广义上由以下三部分组成：

1.容器

2.算法

3.迭代器

STL几乎所有的代码都采用模板类或模板函数

容器：

序列式容器：强调值的排序，每个元素均有固定的位置。

关联式容器：二叉树或哈希表结构，各个元素之间没有严格的物理顺序关系。

算法：

质变算法：改变区间内元素的内容，如拷贝，替换，删除

非质变算法：运算过程中不会更改区间内元素内容，如查找，遍历。

迭代器：

提供一种方法，使之能依序寻访某个容器中的各个元素，非常类似于指针。

二、string

string是C++风格的字符串，本质是一个类

他和char*的区别在于，

char*是一个字符类型的指针，

但是string是一个类，类的内部封装了char*。

string类管理char*所分配的内存，不用担心复制越界和取值越界，由类的内部进行负责。

三、vector

vector的数据结构和数组非常相似，也称为单端数组。

他和数组的区别在于，数组是静态空间，而vector可以动态扩展。

vector的动态扩展并不是在原空间之后续接新空间，而是找更大的内存空间，然后将原数据拷贝到新空间，再释放原空间。

通过capacity（）：返回容器的容量

通过size（）：返回容器中元素的个数

通过resize():重新指定容器的长度为num

vector收缩内存：

利用匿名对象加swap：

举个例子

用一个vector v，

里面存放了1到100000的数

但是其实喜用帮助我们扩容了，总容量差不多有130000左右

这怎么办？

我们可以先用v.resize（100000）,

调整v的元素长度为100000，这个时候什么都没有改变。

然后，我们使用拷贝构造函数，创建一个匿名对象：

vector(v).swap(v)

这个匿名对象会根据v的当前元素个数来确定自己的元素个数和容量，

也就是说，这个时候，匿名对象的容量和元素个数都是100000.

在调用他的交换函数，

将自己与原容器v进行交换，

这个时候，v就删去了之前多的容量，

而这个匿名对象指向的空间，

也会因为匿名对象的一个特点被系统回收。

这个特点是：匿名对象运行完本行，立即被销毁。

vector优点：

1.不需要指定内存大小就可以像数组一样操作，而且可以进行动态操作，如：push_back(),pop_back(),insert()等。

2.随机访问方便，可以随机访问vector内的任意一个元素。

3.节省空间

缺点：

1.插入和删除操作效率低，尤其是头部。

2.操作仅能在尾部进行push和pop

3.当动态添加的数据超过vector默认分配的大小时，要进行整体的重新分配、拷贝和释放。

四、list

功能：链式存储

底层：一个双向循环链表

每一个数据都有数据域，指向前一个元素的指针和指向后一个元素的指针。

优点：

1.动态存储分配，不会造成内存浪费

2.插入和删除效率高

缺点：

1.指针域占用了一定的空间

2.遍历元素，查找元素开销较大

五、vector与list

1.如果需要高效的随机存取，不在乎插入和删除的效率，使用vector

2.如果需要大量的插入和删除元素，使用list

3.list里，进行插入和删除操作都不会造成原有的list迭代器失效，这在vector里是不成立的。

六、deque

deque又叫做双端数组，它可以在头端和尾端进行插入删除操作。

deque相对于vector，对头部的插入和删除速度比vector快。

vector访问元素时的速度会比deque快。

七、set\multiset

set和multiset属于关联式容器，

底层实现：红黑树

map中的元素：对组

对组

成对出现的数据，利用队组可以返回两个数据。

pair p1 (string(“Tom”),20);

pair p2 = make_pair(“Jerry”,10);

特性：

1.set中每个元素必须是唯一的，不允许出现键值重复。可以理解为一个集合。

2.内部所有的元素都会被自动按照升序来排序。

可以改降序：使用仿函数，重写（）括号运算符，

使用二元谓词，

bool operator()(int v1,int v2)

{

return v1>v2;

}

3.如果set中的元素为对组形式，可以根据key值快速找到value的值

.first,

.second

即可

4.multiset

multiset和set的区别在于multiset的元素可以相同，也就是内部可以出现重复的键值。

对multiset进行erase操作后，会删除所有值相同的key。

八、map\multimap\unordered_map

map提供键和值一对一的映射关系，

map中的所有元素都是对组。

其中第一个元素为key，键值，起到索引作用；

第二个元素为value，也就是实值。

每个键不允许重复，不允许修改。

但是map对应的值是可以修改的。

所有元素会根据元素的键值自动排序。

底层结构：红黑树

multimap允许容器中有重复的key值。

也就是说，一个键可以对应多个值，键和值一对多的映射关系。

8.1 map与unordered_map

unordered_map

内部是一个哈希表，也叫散列表，通过把关键key值映射到哈希表中的某一个位置来访问记录，时间复杂度可达O(1)。

其元素的排列顺序是无序的。

map

内部是一个红黑树，

红黑树不同于二叉平衡搜索树，他是非严格的二叉平衡搜索树，具有自动排序的功能。

红黑树的每个结点都代表map中的一个元素。

map优点：有序，且map底层为红黑树，使得很多操作在o(logn)的时间复杂度下就可以实现。

缺点：空间占用率高，因为红黑树的每一个结点都需要额外保存父节点，孩子节点以及红黑树本身的性质，使得空间占用率大。

unordered_map:

优点：因为内部实现了哈希表，所以查找速度非常快，性能优于基于红黑树的map；

缺点：哈希表建立比红黑树建立更费时。

所以对于查找问题，我们使用unordered_map会高效一些；

而如果我们想得到一个有序序列，那么使用map。

九、仿函数

仿函数又叫做函数对象，

重载函数操作符的类，他的对象通常叫做函数对象。

因为函数对象使用重载的（）运算符时，行为类似函数调用，

所以也称仿函数。

可以有参数，可以有返回值

class MyAdd

{

public :

       int operator()(int v1,int v2)

       {

              return v1 + v2;

       }

};

 

MyAdd myAdd;

       cout << myAdd(10, 10) << endl;

十、谓词

返回bool类型的仿函数称为谓词；

如果重载的括号运算符接受一个参数，那么叫一元谓词；

如果重载的括号运算符接受两个参数，那么叫二元谓词。