C++ Primer学习笔记——$4 vector类、迭代器、bitset类

vector容器类型

   vector容器是一个模板类，可以存放任何类型的对象（但必须是同一类对象）。vector对象可以在运行时高效地添加元素，并且vector中元素是连续存储的。

 

   与对string类对象的介绍一样，仍然使用简化原型（主要是抛弃了分配器模板参数，使用默认的）。

 

vector的构造

 

函数原型：

template<typename T>
   explicit vector();                                 // 默认构造函数，vector对象为空
   explicit vector(size_type n, const T& v = T());    // 创建有n个元素的vector对象
   vector(const vector& x);
   vector(const_iterator first, const_iterator last);

注：vector容器内存放的所有对象都是经过初始化的。如果没有指定存储对象的初始值，那么对于内置类型将用0初始化，对于类类型将调用其默认构造函数进行初始化（如果有其它构造函数而没有默认构造函数，那么此时必须提供元素初始值才能放入容器中）。

 

举例：
vector<string> v1;         // 创建空容器，其对象类型为string类
vector<string> v2(10);     // 创建有10个具有初始值（即空串）的string类对象的容器
vector<string> v3(5, "hello"); // 创建有5个值为“hello”的string类对象的容器
vector<string> v4(v3.begin(), v3.end());  // v4是与v3相同的容器（完全复制）

 

vector的操作（下面的函数都是成员函数）
 
bool empty() const;                    // 如果为容器为空，返回true；否则返回false
size_type max_size() const;            // 返回容器能容纳的最大元素个数
size_type size() const;                // 返回容器中元素个数 
size_type capacity() const;            // 容器能够存储的元素个数，有：capacity() >= size() 
void reserve(size_type n);             // 确保capacity() >= n
void resize(size_type n, T x = T());   // 确保返回后，有：size() == n；如果之前size()<n，那么用元素x的值补全。

 

reference front();                     // 返回容器中第一个元素的引用（容器必须非空）
const_reference front() const;                  
reference back();                      // 返回容器中最后一个元素的引用（容器必须非空）
const_reference back() const;

 

reference operator[](size_type pos);   // 返回下标为pos的元素的引用（下标从0开始；如果下标不正确，则属于未定义行为。
const_reference operator[](size_type pos) const;
reference at(size_type pos);           // 返回下标为pos的元素的引用；如果下标不正确，则抛出异常out_of_range
const_reference at(size_type pos) const;
           
void push_back(const T& x);            // 向容器末尾添加一个元素         
void pop_back();                       // 弹出容器中最后一个元素（容器必须非空）

 

// 注：下面的插入和删除操作将发生元素的移动（为了保持连续存储的性质），所以之前的迭代器可能失效
iterator insert(iterator it, const T& x = T());        // 在插入点元素之前插入元素（或者说在插入点插入元素）
void insert(iterator it, size_type n, const T& x);     // 注意迭代器可能不再有效（可能重新分配空间）
void insert(iterator it, const_iterator first, const_iterator last);

 

iterator erase(iterator it);           // 删除指定元素，并返回删除元素后一个元素的位置（如果无元素，返回end()）
iterator erase(iterator first, iterator last); // 注意：删除元素后，删除点之后的元素对应的迭代器不再有效。

 

void clear() const;                    // 清空容器，相当于调用erase( begin(), end())

 

void assign(size_type n, const T& x = T());   // 赋值，用指定元素序列替换容器内所有元素
void assign(const_iterator first, const_iterator last);

 

const_iterator begin() const;          // 迭代序列
iterator begin();
const_iterator end() const;
iterator end();

 

const_reverse_iterator rbegin() const;
reverse_iterator rbegin();
const_reverse_iterator rend() const;
reverse_iterator rend();

 

vector对象的比较（非成员函数）

 

   针对vector对象的比较有六个比较运算符：operator==、operator!=、operator<、operator<=、operator>、operator>=。

 

   其中，对于operator==和operator!=，如果vector对象拥有相同的元素个数，并且对应位置的元素全部相等，则两个vector对象相等；否则不等。

   对于operator<、operator<=、operator>、operator>=，采用字典排序策略比较。

注：其实只需要实现operator==和operator!=就可以了，其它可以根据这两个实现。因为，operator!=(lhs, rhs) 就是 !(lhs == rhs)，operator<=(lhs, rhs) 就是 !(rhs < lhs)，operator>(lhs, rhs) 就是 (rhs < lhs)，operator>=（lhs, rhs) 就是 !(lhs, rhs)。

 

vector类的迭代器

   vector类的迭代器除了支持通用的前缀自增运算符外，还支持算术运算：it + n、it - n、it2 - it1。注意it2 - it1返回值为difference_type（signed类型）。

 

   注意，任何改变容器大小的操作都可能造成以前的迭代器失效。

 

应用示例

 

#include <iostream> #include <cassert> #include <vector> using namespace std; int main() {     vector<string> v(5, "hello");     vector<string> v2(v.begin(), v.end());          assert(v == v2);          cout<<"> Before operation"<<endl;     for(vector<string>::const_iterator it = v.begin(); it < v.end(); ++it)         cout<<*it<<endl;          v.insert(v.begin() + 3, 4, "hello, world");     cout<<"> After insert"<<endl;     for(vector<string>::size_type i = 0; i < v.size(); ++i)         cout<<v[i]<<endl;          vector<string>::iterator it = v.erase(v.begin() + 3, v.begin() + 6);     assert(*it == "hello, world");     cout<<"> After erase"<<endl;     for(vector<string>::size_type i = 0; i != v.size(); ++i)         cout<<v[i]<<endl;          assert(v.begin() + v.size() == v.end());     assert(v.end() - v.size() == v.begin());     assert(v.begin() - v.end() == -vector<string>::difference_type(v.size()));          return 0; }

程序说明：上面程序中用了三个循环输出容器中的元素，每个循环的遍历方式是不一样的。特别需要说明的是，第二个循环在条件判断中使用了size()函数，而不是在循环之前先保存在变量中再使用。之所以这样做，有两个原因：其一，如果将来在修改程序时，在循环中修改了容器元素个数，这个循环仍然能很好地工作，而如果先保存size()函数值就不正确了；其二，由于这些小函数（其实现只需要一条返回语句）基本上都被声明为inline，所以不需要考虑效率问题。

 

 

迭代器

   迭代器(iterator)是用来遍历容器内所有元素的数据类型。标准库为每一种标准容器定义了一种迭代器类型。迭代器类型提供了比下标操作更通用的方法：所有标准容器类都定义了相应的迭代器类型，而只有少数的容器支持下标操作。所以，在编写C++程序时，用迭代器遍历容器是一种更通用的方法，也更加安全。一般提供两种类型：iterator和const_iterator。

begin()和end()操作

   每种容器都定义了一对命名为begin()和end()的函数，用来返回容器的迭代序列。其中，begin返回的迭代器指向第一个元素，end返回的迭代器指向最后一个元素的下一个位置（实际上是一个不存在的元素），所以迭代序列为[begin(), end())。如果容器为空，那么begin()返回与end()一样的迭代器。

访问容器元素(operator*)

   假如迭代器it指向容器的一个元素，那么解引用*it就是该元素的值（注意，不能对end()解引用）。

下一个元素(operator++)

   所有迭代器都支持前缀自增运算符，如++it，表示把迭代器移到容器中的下一个元素的位（同样不能对end()运算）。

比较 (operator == or operator !=)

   所有迭代器都支持迭代器之间的比较：
   operator ==：如果两个迭代器指向同一元素，那么返回true；否则返回false。(operator != 类似）

 

 

 

bitset模板类

template<size_t N>
    class bitset;

   bitset也是类模板，其模板参数N必须是常量表达式（能够在编译时计算出其值），表示bitset类对象的长度（位的个数）。bitset对象用来作为位容器，方便对位的操作，其元素为位。bitset对象元素的位置编号从 0 到 N - 1，对应着位串从低位到高位。

bitset类对象的构造

它有三个构造函数：

bitset();   

   初始化所有位都为0    
       
bitset(unsigned long val);   

   用unsigned long初始化bitset对象，初始化bitset对象为val的位模式。
       如果bitset对象的长度小于val的位数，那么val中多余的高位被丢弃；
       如果bitset对象的长度大于val的位数，那么bitset对象的高位将被置为0    

explicit bitset(const string& str, size_t pos = 0, size_t n = -1);

   用string对象中从pos下标开始的n个字符来初始化bitset对象（这些字符必须是0或者1）。如果str.size() < pos，那么将抛出out_of_range异常。如果指定的字符序列[pos, pos + n)中有非0、1字符，那么将抛出invalid_argument异常。如果n > str.size() - pos，就只使用str.size() - pos位来初始化bitset对象。如果指定的字符序列中字符个数比bitset对象位数要多，则只使用前面的字符。

   初始化规则：[pos, pos + n)序列中最后一个字符对应着bitset对象的低位（第一位），而第一个字符对应着高位。（这点符合我们看待字符串形式的位串的方式：左边是高位，右边是低位）

举例：
bitset<16> bs1;                   // bs1有16位，并全部初始化为0

bitset<16> bs2(0xFFFF);           // bs2有16位，并全部初始化为1
bitset<32> bs3(0xFFFF);           // bs3有32位，低16位(0-15)为1，高16位(16-31)为0
bitset<8>  bs4(0xFFFF);           // bs4有8位，并全部初始化为1

string test("111110000011");
bitset<8> bs5(test);              // bs5有8位，并且只使用test串的前八个字符"11111000"来初始化，
                                  //   所以0-7位为：0001 1111（注意与源串反向）
bitset<8> bs6(test, 4, 3);        // bs6有8位，并且用"100"来初始化，所以0-7位为：0010 0000

位的测试

bool any() const;                 // 如果容器内有任意位被置为1，则返回true；否则返回false。
bool none() const;                // 如果容器内没有位被置为1，则返回true；否则返回false。
bool test(size_t pos, bool val = true);      // 测试位置pos处的位是否为val（默认测试是否为1）
                                             // 如果pos >= size()，那么将抛出异常out_of_range

bool at(size_type pos) const;     // 返回指定位；如果pos无效，那么将抛出异常out_of_range。
reference at(size_type pos);
bool operator[](size_type pos) const;
reference operator(size_type pos);

static const size_t bitset_size = N; //容器内的位个数N
size_t size() const;              // 返回容器内的位个数N
size_t count() const;             // 返回被置为1的位的个数

bitset<N>& flip();                // 将容器内所有位全部取反
bitset<N> operator~();            // 返回this->flip();
bitset<N>& flip(size_t pos);      // 将位置pos处的位取反；如果pos >= size()，那么将抛出异常out_of_range。

bitset<N>& reset();               // 将容器内所有位重置为0
bitset<N>& reset(size_t pos);     // 将位置pos处的位置为0；如果pos >= size()，那么将抛出异常out_of_range
bitset<N>& set();                 // 将容器内所有位重置为1
bitset<N>& set(size_t pos, bool val = true); // 将位置pos处的位置为val（默认为1)；
                                             // 如果pos >= size()，那么将抛出异常out_of_range

unsigned long to_ulong() const;   // 返回对应的unsigned long值；如果溢出，则抛出overflow_error
string to_string() const;         // 把bitset对象转换成string对象，其规则是：字符串的第一字符对应容器中最后一位。
        
bool operator ==(const bitset<N>& rhs) const;   // 如果两容器的位序列完全相等，则返回true；否则返回false.
bool operator !=(const bitset<N>& rhs) const;   // 如果两容器的位序列不完全相等，则返回true；否则返回false。

bitset<N>& operator&=(const bitset<N>& rhs);    // 位串进行“与”运算
bitset<N>& operator|=(const bitset<N>& rhs);    // “或”运算
bitset<N>& operator^=(const bitset<N>& rhs);

bitset<N>& operator<<=(size_t pos);          // 逻辑左移pos位（向高位方向移动）
bitset<N>& operator>>=(size_t pos);          // 逻辑右移pos位（向低位方向移动）
bitset<N> operator<<(size_t pos) const;      // 返回 bitset<N>(*this) <<= pos.
bitset<N> operator>>(size_t pos) const;      // 返回 bitset<N>(*this) >>= pos.

非成员函数
ostream& operator<<(ostream& os, const bitset<N>& x);
   相当于调用return os<<x.to_string();
istream& operator>>(istream& is, bitset<N>& x);
   相当于调用: string str; is>>str; x = bitset<N>(str); return is;
      其中，当从输入流is提取的字符个数已经有N个时，提取结束；当遇到文件尾时，提取结束；当is中当前字符不是0也不是1时，提取结束。
   如果没有提取到任何字符就结束了（此时x不变），那么将调用is.setstate(ios_base::failbit)。

bitset<N> operator&(const bitset<N>& lhs, const bitset<N>& rhs);    // 返回 bitset<N>(lhs) &= rhs.
bitset<N> operator|(const bitset<N>& lhs, const bitset<N>& rhs);    // 返回 bitset<N>(lhs) |= rhs.
bitset<N> operator^(const bitset<N>& lhs, const bitset<N>& rhs);    // 返回 bitset<N>(lhs) ^= rhs.

 

另外， bitset中的reference定义如下：
class reference {
public:
    reference& operator=(bool b};
    reference& operator=(const reference& x);
    bool operator~() const;
    operator bool() const;
    reference& flip();
};

其使用举例如下：
bitset<8> bs(string("111110000011"));
bs[2] = 0;           // 此时bs[0]-bs[7]为00011011
bool b = ~x[2];      // b == 1, bs不变
x[2].flip();         // bs改变：bs[0]-bs[7]为00011111

应用示例

#include <iostream> #include <cassert> #include <bitset> using namespace std; int main() {     bitset<16> bs1; // bs1有16位，并全部初始化为0     assert(bs1.none());     bitset<16> bs2(0xFFFF); // bs2有16位，并全部初始化为1     assert(bs2.count() == 16);     bitset<32> bs3(0xFFFF); // bs3有32位，低16位(0-15)为1，高16位(16-31)为0     assert(bs3.to_ulong() == 0xFFFF);     bitset<8> bs4(0xFFFF); // bs4有8位，并全部初始化为1     assert(bs4.count() == 8);     string test("111110000011");     bitset<8> bs5(test); // bs5有8位，并且只使用test串的前八个字符"11111000"来初始化，                                       // 所以0-7位为：0001 1111（注意与源串反向）     assert(bs5.to_ulong() == 0xF8);     bitset<8> bs6(test, 4, 3); // bs6有8位，并且用"100"来初始化，所以0-7位为：0010 0000     assert(bs6.to_ulong() == 0x04);          assert((bs5 & bs6) == bitset<8>());     assert((bs5 | bs6) == bitset<8>(string("11111100")));     assert((bs5 ^ bs6) == bitset<8>(string("11111100")));          bs5[1] = 1; // 此时bs[0]-bs[7]为01011111     assert(bs5.to_ulong() == 0xFA);     bool b = ~bs5[1]; // b == 0, bs不变     assert(!b);     assert(bs5.to_ulong() == 0xFA);     bs5[1].flip(); // bs改变：bs[0]-bs[7]为00011111     assert(bs5.to_ulong() == 0xF8);          assert((bs5 << 4) == bitset<8>(string("10000000")));     bitset<8> bs7(bs5);     bs7 >>= 4;     assert(bs7 == bitset<8>(string("00001111")));              bitset<16> bs8;     cout<<"Before input: "<<bs8<<endl;     cout<<"Please input: "<<endl;     cin>>bs8;     cout<<"After input: "<<bs8<<endl;     cout<<"OK! All tests passed."<<endl;          return 0; }