C++//顺序容器

1. 顺序容器

后文的“前”即首部的方向，“后”为尾部的方向。
forward_list只能递增。从前向后遍历。

允许随机访问的，插入和删除一般不快。插入和删除快的，一般不支持随机访问。deque

forward_list的目的是达到与最好的手写的单向链表数据结构相当的性能，所以不支持size操作，因为保存和计算size会带来开销。

list和forward_list是唯一删除效率高的顺序容器。

没有必需用其他容器的理由，请使用vector。如果需要在中间插入元素且需要随机访问，就比较vector和list的缺点谁带来的损失小。

2. 容器库概览

容器上操作的层次：1. 所有容器类型都提供。 2. 仅针对顺序容器、关联容器、无序容器。 3. 只适用于小部分容器。
所有容器都提供的操作：

容器都定义为模板类。大部分容器需要额外提供元素类型信息。
容器类元素类型可能会影响可以进行的容器操作。如：

这种容器就不能使用只接受一个参数的构造函数版本。

2.1 迭代器

迭代器有公共接口，所有类型的迭代器对某个操作的实现方式都是一样的(前提是提供该操作)。
迭代器范围是指从begin到end的一个左闭右开区间。
迭代器声明：所访问对象名::iterator 迭代器名。

begin和end有多个版本，带r的版本返回反向迭代器，带c的版本返回const迭代器。如下：


当用容器初始化另一个容器时，两个容器的类型和元素类型必须匹配。当传递迭代器参数只拷贝一个范围时，不要求容器类型和容器元素类型相同，只要元素类型可相互转换即可。新容器大小和范围中元素数目相同，新元素用范围中对应元素的值来初始化。
如下：

顺序容器具有和关联容器不同的构造函数：使用值初始化。只有顺序容器才可接受容器大小参数，关联容器不可。值初始化示例如下：

2.1.1 标准库array

元素类型和容器大小是array类型的一部分，不管是在声明还是在使用中都需要带上：


默认构造的array是非空的。包含和大小一样多的默认初始化的元素。
虽然不能对内置数组完成数组拷贝和赋值，但对array没有这个限制，只要求双方类型和大小一致。
array可用列表初始化，但是不可用列表赋值。

2.2 赋值和swap

赋值运算将左边容器的全部元素替换为右边容器元素的拷贝。要求左边和右边的运算对象具有相同的类型。
赋值运算会导致左边容器的内部迭代器、引用和指针失效。swap操作不会，string除外。

assign操作：assign用参数所指定的元素替换左边容器中的所有元素。且允许从一个不同但是相容的类型拷贝。可以说assign是用于补充赋值运算符的。
assign指定元素有两种方式：1. 迭代器范围。 2. 类似值初始化方式，传递数目以及初始值作为参数。

swap操作：交换两个容器的内容。元素本身并未交换，只交换了容器的内部数据结构。
除了array外，swap不对任何元素进行拷贝、删除、插入操作，所以可以保证在常数时间内完成。
swap后，指向容器元素的迭代器、指针和引用仍然指向之前的位置，但是值已经被交换过了。

swap的两个特例，string和array：

swap会真正交换array的元素。交换array的时间和数组长度成正比。
swap两个string对象会导致迭代器、引用和指针失效

2.3 容器大小操作

有三个：size，empty，max_size。
每个容器都支持==和!=操作，除了无序容器外的所有容器都支持关系运算符(>，>=，<，<=)。
关系运算符两侧要求容器类型和容器元素类型相同。
容器的比较和string类似。容器的相等运算符实际上是对元素使用==运算符实现的，容器的其他运算符是基于元素的<运算符实现的，所以容器要进行该类关系运算，要求元素能进行对应的运算。

3. 顺序容器操作

3.1 插入元素

顺序容器支持的操作：

只有list,forward_list,deque既能往头部插入/删除，也能往尾部插入/删除。
vector,string只能往尾部插入/删除。
array不能用这些东西。

向vector,string的非尾部插入元素会导致元素移动。且无论往哪里插入元素，都导致重新分配对象空间，并将元素从旧空间移动到新空间。

insert主要两部分，第一部分是插入位置，传入一个迭代器指针，后面是插入内容，有各式各样的表达方式。

要注意，当使用迭代器指针来表示范围时，传入的迭代器不能指向添加元素的目标容器。如下：

除了array以外的顺序容器基本都能使用insert。其中forward_list提供了一个特殊版本的insert.

为什么Insert要设置为在迭代器p之前插入？
因为p有可能是尾后迭代器，而且会有在第一个元素之前插入数据的需求，在p之前插入可以保证所有地方都能插入。

insert返回第一个新加元素的迭代器。如果插入范围为空，不插入元素，则会返回第一个参数。示例如下，要理解为什么等价于push_front。

使用insert和push时，需要传入一个创建好的对象，然后将其拷贝到容器内。emplace只需传入参数，然后该成员函数会在容器管理的内存空间内直接构造元素。

第一和第三种方法是不同的，使用push_back不能自动构造新对象，需要显式构造一个临时局部对象然后才能拷贝到容器内。使用emplace会在容器管理的内存空间内直接创建对象。

3.2 访问元素

除了forward_list没有back成员函数外。所有容器包括array都有front和back成员函数。
at和下标运算符区别在于使用at会抛出异常，而不是产生未定义行为。可以通过捕捉异常更好的确定错误的位置。

3.3 删除元素

3.4 forward_list（单向链表）操作

因为单向链表单向访问的特性，想要在某个位置删除或者添加元素，需要获得它的前驱节点。为此，引入了获取容器首元素之前迭代器的成员函数before_begin()，返回一个首前迭代器。
鉴于自身实现特点，forward_list版本的insert和erase都是插入/删除**之后的元素。

实际使用时，需要关注两个位置：要处理的位置和其前驱。示例：

3.5 改变容器大小

array不支持。

3.6 插入或者删除元素对迭代器的影响

不要保存end处的迭代器。当添加/删除vector，string元素，或者在deque尾部添加/删除元素，或者在deque首部添加元素，都会导致尾后指针end失效。因此添加/删除元素的循环程序必须不断调用end。所以C++的end操作被设计的很快，部分也是这个原因。

4. vector是如何增长的

为了支持连续访问—>
vector将元素连续存储—>
空间不足不能简单的随便找块空间分配给容器—>
需要开辟一块新空间，把旧元素和新元素全部复制过去，并释放旧空间—>
每次添加新元素都要完成一次分配和复制，开销太大—>
当空间不足时，vector分配比所需的空间大得多的空间，作为备用，这样不用每次都分配和复制。具体多分配多少随标准库具体实现而定，C++是两倍。

4.1 管理容量的成员函数

容量指的是容器最大能存储的元素数目，不是空余空间数。

reserve函数，只有当当前容量小于所需容量n时才起作用，分配大于等于n的空间。否则，reserve什么也不做，也不会缩减当前容量。
shrink_to_fit请求将空闲空间退还给内存，但只是请求，标准库不保证退还。

5. 额外string操作

5.1 创建string

s可以是string也可以是const char*。
如果参数没有给定长度和起始位置，在使用char初始化时，拷贝操作会遇到空字符才停止，所以char结尾最好是"\0"；

5.2 修改string

string提供了下标版本的插入和删除，以下标方式指明插入/删除的位置。

除此以外，string还提供了C风格的insert和assign(用char* 代替string):

5.3 额外的append和replace

string重载函数参数的说明：

5.4 string搜索

搜索操作返回一个string::size_type的值，如果搜索失败，返回一个string::nops的static成员，nops被设置为const string::size_type类型，初始化为-1，由于size_type是unsigned的，所以nops事实上是最大的size_type值。

5.5 compare函数

根据s是大于、等于、还是小于参数指定的字符串，返回整数、0、负数。

5.6 string转数值

6. 容器适配器

适配器是一种机制，使得某个事物的行为看起来像另一种事物。
容器、函数、迭代器都有适配器。
容器适配器接受一种已有容器类型，使他看起来向另一种类型。使用容器适配器后不能使用底层容器的操作，只能用适配器的操作管理内存。

默认情况下，stack和queue是基于deque实现的，priority_queue是基于vector实现的。但是可以在创建适配器时指定底层实现所用的容器：

这种指定也并非毫无限制。如下：
stack适配器：要求在尾部插入，弹出，和访问尾首元素。底层可用除了array和forward_list。

queue适配器：要求要求能访问首尾元素，不能基于vector构造，可使用list和deque。
priority_queue适配器：要求随机访问能力。不可基于list构造。和队列queue的区别在于，queue是先进先出的，priority是优先级高的先出，什么时候进不重要，可以理解为常规队列，但是优先级高的能插队。
priority_queue无法访问尾元素。
它可以在O(n log n)的时间排序数组，O(log n) 的时间插入任意值，O(1) 的时间获得最大值，O(log n) 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。