9.算法与数据结构——C++STL

1.顺序容器

list列表 （基于双向链表，非连续）

某些STL中用的甚至是双向循环链表。既然是基于双向链表显然其不是连续存储的。
所以每个节点不光包括val 值，还有前后两个指针。
list包含了一个指针，重载了运算符，实现迭代器的递增递减与取值操作
list实际上是一个带有头节点的双向循环链表，node指针指向空的头节点
由此begin就是node->next的val
end 就是node本身，因为是循环的
empty判断node->next==node？即可
back就重载–，找到node的上一个节点。

注接下文array:
不确定大小/频繁插入删除用list
大量查找，用array
这样符合我们操作系统里的局部性原理。

array 固定数组，连续存储

用法：

array<种类，数目> name {具体数值初始化};

因为array容器中新增了类似at()这样的成员函数，其会检查n是否有效，否则抛出异常，所以比普通数组安全。

vector 动态数组（连续空间，基于三个指针）

动态数组，用于 O(1) 的随机读取.
实现原理：
由三个指针实现，
第一个指针指向vector起始位置
第二个指针指向目前有数据的末尾
第三个指针指向整个vector容器所占内存的末尾。

由此实现：

template<class _Ty,
    class _Ax>
    class vector
        : public _Vector_val<_Ty, _Ax>
    {   // varying size array of values
public:
    /********/
protected:
    pointer _Myfirst;   // pointer to beginning of array
    pointer _Mylast;    // pointer to current end of sequence
    pointer _Myend; // pointer to end of array
    };

由此：
注意：
end 指向第二个指针
size 是2-1 而capacity 是3-1
注意resize的时候，是新在堆中开辟内存，赋值之后删除旧数组

template <class _Ty, class _Alloc = allocator<_Ty>>
class vector{
public：
    iterator begin() {return _Myfirst;}
    iterator end() {return _Mylast;}
    size_type size() const {return size_type(end() - begin());}
    size_type capacity() const {return size_type(_Myend - begin());}
    bool empty() const {return begin() == end();}
    reference operator[] (size_type n) {return *(begin() + n);}
    reference front() { return *begin();}
    reference back() {return *(end()-1);}
    ...
};

详细使用见：
添加链接描述

deque 双端队列 数组挂载小段空间，连接非连续的空间

支持O(1)的随机读取和头部、尾部的频繁增删

为了管理这些连续空间，deque 容器用数组（数组名假设为 map）存储着各个连续空间的首地址。也就是说，map 数组中存储的都是指针，指向那些真正用来存储数据的各个连续空间。

当 deque 容器需要在头部或尾部增加存储空间时，它会申请一段新的连续空间，同时在 map 数组的开头或结尾添加指向该空间的指针，由此该空间就串接到了 deque 容器的头部或尾部。

遍历的时候四个指针，一个头first一个尾last，一个cur，最后一个node指向map数组指针，如果cur遍历到边缘，就用node指针来更新前三个指针。

由这四个指针，维护两个迭代器：一个start记录map数组中首个连续空间的信息,一个finish迭代器记录map数组最后一个连续空间的信息。但是start的cur指向连续空间的第一个数，而finish的cur指向连续空间的最后一个数。

2.基于上述容器产生的数据结构

stack 栈（基于deque）

默认基于deque实现，后入先出LIFO。
常用于深度优先搜索，字符串匹配等问题。

堆和栈的区别

首先要了解内存分区：

1. 栈区：由编译器分配释放，存储局部遍历和函数参数等。
2. 堆区：由程序员分配释放，由malloc和free负责
3. 自由存储区：可以是堆也可以是静态存储区（取决于operater new的细节实现方式）；所以new和delete从自由存储区分配。
4. 全局/静态区：全局遍历和静态变量。
5. 常量存储区：存放常量，不允许修改

区别：

1. 管理方式：堆由程序员控制，容易内存泄漏。而栈由编译器控制。
2. 申请后相应方式：操作系统有一个记录空闲内存的链表，申请堆时遍历链表，寻找第一个大于需要空间的堆节点，删除该节点分配给程序。而栈只要剩下的空间够申请就一直提供内存，反之则栈溢出。
3. 申请大小限制：堆是不连续的，理论上看虚拟内存多大就能多大。而栈是连续的，一般是一两M大小。
4. 效率：栈在计算机底层有专门寄存器提供服务，很快。相反堆需要库函数，比较慢。
5. 碎片：堆频繁new和delete会造成大量碎片，降低程序效率。
6. 生长方向：堆向高地址方向增长，栈向低地址方向。

queue 队列（基于deque）

默认基于deque，先入先出FIFO
常用于广度优先搜索。

priority_queue（基于vector）

最大值先出的数据结构，默认基于vector实现堆结构。它可以在O(nlogn)的时间排序数组，O(logn) 的时间插入任意值，O(1) 的时间获得最大值，O(logn) 的时间删除最大值。priority_queue 常用于维护数据结构并快速获取最大或最小值。

3.有序数据结构

set 有序集

默认基于红黑树（一种特殊的二叉查找树）。元素不可重复。
它可以在 O(nlogn) 的时间排序数组，O(logn) 的时间插入、删除、查找任意值，O(logn) 的时间获得最小或最大值。这里注意，set 和 priority_queue 都可以用于维护数据结构并快速获取最大最小值，但是它们的时间复杂度和功能略有区别，如priority_queue默认不支持删除任意值，而set获得最大或最小值的时间复杂度略高，具体使用哪个根据需求而定。

map 有序表

在set的基础上加上映射关系，使得每个key存一个value值。

4.无序数据结构（对每个有序容器作哈希处理）

unordered_set 哈希集

可以在 O(1) 的时间快速插入、查找、删除元素，常用于快速的查询一个元素是否在这个容器内。
如果需要每次判断一个元素在不在一个vector内，我们可以将其转化成一个哈希集：这样就能很快的查找：

unordered_set<int> dict(v.begin(),v.end());
if(v.count(a))
{
...
}

unordered_map 哈希表

在 unordered_set 的基础上加上映射关系，可以对每一个元素 key 存一个值 value。在某些情况下，如果 key 的范围已知且较小，我们也可以用 vector 代替 unordered_map，用位置表示 key，用每个位置的值表示 value
详情见：
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