C++常见容器概述

以前的11个容器分别是

deque,list,queue,priority_queue,stack,vector,map,multimap,set,multiset,bitset

C++11新增:

array,forward_list,unordered_map,unordered_multimap,unordered_set,unordered_multiset

这里只挑常用的讲解。部分容器只作列表，没作讲述，持续更新。

以下内容只做大概的讲述，详情用法参考英文文档      http://www.cplusplus.com/reference/s     或者中文文档      http://classfoo.com/ccby/article/oC7Qu#sec_HL85sR

1.deque

       deque双向队列是一种双向开口的连续线性空间（虽说是连续性存储空间，但这种连续性只是表面上的，实际上它的内存是动态分配的，它在堆上分配了一块一块的动态储存区，每一块动态存储去本身是连续的，deque自身的机制把这一块一块的存储区虚拟地连在一起。），可以高效的在头尾两端插入和删除元素，deque在接口上和vector非常相似。

      deque的实现比较复杂，内部会维护一个map（注意！不是STL中的map容器）即一小块连续的空间，该空间中每个元素都是指针，指向另一段（较大的）区域，这个区域称为缓冲区，缓冲区用来保存deque中的数据。因此deque在随机访问和遍历数据会比vector慢。

       

    如果只是平时使用deque的话，可能就想不到其内部实现细节了。下面的图片展示deque的内部结构设计：

       可以看到，deque拥有一个bitmap结构（称之为map），map中每一个元素指向一块连续的内存块，后者才是真正存储deque元素的地方，因为每个块都是固定大小的，但是每个块之间不要求是连续的，所以扩充空间的时候，就没有vector那样的副作用了。

       鉴于deque的特殊设计，其迭代器也需要特殊设计，deque的iterator的设计结构如图：

       迭代器内部维护了四个指针，分别为cur, first, last, node，具体在后面进行介绍。

       deque的迭代器的设计，主要是让其看起来像一个random access iterator，因此源码主要各种operator的重载。内部结构分为四个指针，分别为cur, first, last, node。

       在某一个时刻，迭代器肯定指向某个具体元素，而这个元素位于N段连续内存块中的某一块，其中node指向map结构中的一个节点（这个节点指向当前的内存块），first指向当前内存块的起始位置，cur指向当前内存块中的特定元素节点，last指向当前内存块的末尾位置，一图抵千言，还是看图来的明白：

      deque的保存形式如下:
[堆1]
...
[堆2]
...
[堆3]
       每个堆保存好几个元素,然后堆和堆之间有指针指向,看起来像是list和vector的结合品,不过确实也是如此 deque可以让你在前面快速地添加删除元素,或是在后面快速地添加删除元素,然后还可以有比较高的随机访问速度. vector是可以快速地在最后添加删除元素,并可以快速地访问任意元素 list是可以快速地在所有地方添加删除元素,但是只能快速地访问最开始与最后的元素

       另外要注意一点。对于deque和vector来说，尽量少用erase(pos)和erase(beg,end)。因为这在中间删除数据后会导致后面的数据向前移动，从而使效率低下。

       它首次插入一个元素，默认会动态分配512字节空间，当这512字节空间用完后，它会再动态分配自己另外的512字节空间，然后虚拟地连在一起。deque的这种设计使得它具有比vector复杂得多的架构、算法和迭代器设计。它的性能损失比之vector，是几个数量级的差别。所以说，deque要慎用.  

      deque在开始和最后添加元素都一样快,并提供了随机访问方法,像vector一样使用[]访问任意元素,但是随机访问速度比不上vector快,因为它要内部处理堆跳转。deque也有保留空间.另外,由于deque不要求连续空间,所以可以保存的元素比vector更大,这点也要注意一下.还有就是在前面和后面添加元素时都

不需要移动其它块的元素,所以性能也很高。

以下情形，最好采用deque：

1）需要在两端插入和删除元素。

2）无需引用容器内的元素。

3）要求容器释放不再使用的元素。

2.list

       list是双向循环链表，，每一个元素都知道前面一个元素和后面一个元素。在STL中，list和vector一样，是两个常被使用的容器。和vector不一样的是，list不支持对元素的任意存取。list中提供的成员函数与vector类似，不过list提供对表首元素的操作push_front、pop_front，这是vector不具备的。和vector另一点不同的是，list的迭代器不会存在失效的情况，他不像vector会保留备份空间，在超过容量额度时重新全部分配内存，导致迭代器失效；list没有备份空间的概念，出入一个元素就申请一个元素的空间，所以它的迭代器不会失效。

       

3.queue

        队列是一种特殊的线性表，它只允许在表的前端（front）进行删除操作，而在表的后端（rear）进行插入操作。进行插入操作的端称为队尾，进行删除操作的端称为队头。队列中没有元素时，称为空队列。在队列这种数据结构中，最先插入在元素将是最先被删除；反之最后插入的元素将最后被删除，因此队列又称为“先进先出”（FIFO—first in first out）的线性表。

4.priority_queue

5.stack

c++stack(堆栈）是一个容器的改编，它实现了一个先进后出的数据结构（FILO）

6.vector

      vector是STL中最常见的容器，它是一种顺序容器，支持随机访问。vector是一块连续分配的内存，从数据安排的角度来讲，和数组极其相似，不同的地方就是：数组是静态分配空间，一旦分配了空间的大小，就不可再改变了；而vector是动态分配空间，随着元素的不断插入，它会按照自身的一套机制不断扩充自身的容量。
      vector的扩充机制：按照容器现在容量的一倍进行增长。vector容器分配的是一块连续的内存空间，每次容器的增长，并不是在原有连续的内存空间后再进行简单的叠加，而是重新申请一块更大的新内存，并把现有容器中的元素逐个复制过去，然后销毁旧的内存。这时原有指向旧内存空间的迭代器已经失效，所以当操作容器时，迭代器要及时更新。

详情见  http://blog.csdn.net/saya_/article/details/49178021

7.map

      C++中map容器提供一个键值对容器，map与multimap差别仅仅在于multiple允许一个键对应多个值。map是一类关联式容器，它是模板类。关联的本质在于元素的值与某个特定的键相关联，而并非通过元素在数组中的位置类获取。它的特点是增加和删除节点对迭代器的影响很小，除了操作节点，对其他的节点都没有什么影响。对于迭代器来说，不可以修改键值，只能修改其对应的实值。

     map的功能：

1.自动建立Key － value的对应。key 和 value可以是任意你需要的类型，但是需要注意的是对于key的类型，唯一的约束就是必须支持<操作符。
2.根据key值快速查找记录，查找的复杂度基本是Log(N)，如果有1000个记录，最多查找10次，1,000,000个记录，最多查找20次。
3.快速插入Key - Value 记录。
4.快速删除记录
5.根据Key 修改value记录。
6.遍历所有记录。

8.multimap

   

9.set

        关于set，必须说明的是set关联式容器。set作为一个容器也是用来存储同一数据类型的数据类型，并且能从一个数据集合中取出数据，在set中每个元素的值都唯一，而且系统能根据元素的值自动进行排序。应该注意的是set中数元素的值不能直接被改变。C++ STL中标准关联容器set, multiset, map, multimap内部采用的就是一种非常高效的平衡检索二叉树：红黑树，也成为RB树(Red-Black Tree)。RB树的统计性能要好于一般平衡二叉树，所以被STL选择作为了关联容器的内部结构。

看下面的代码

#include<iostream>
#include<set>

using namespace std;


int main()
{

	set<int> s;

	s.insert(2);
	s.insert(1);

	auto it=s.begin();
	*it = 2;//error,不能修改值

	for (auto x : s)
		cout << x << endl;
	return 0;
}

       在set中查找是使用二分查找，也就是说，如果有16个元素，最多需要比较4次就能找到结果，有32个元素，最多比较5次。那么有10000个呢？最多比较的次数为log10000，最多为14次，如果是20000个元素呢？最多不过15次。看见了吧，当数据量增大一倍的时候，搜索次数只不过多了1次，多了1/14的搜索时间而已。你明白这个道理后，就可以安心往里面放入元素了。

10.multiset

11.bitset

        有些程序要处理二进制位的有序集，每个位可能包含的是0（关）或1（开）的值。位是用来保存一组项或条件的yes/no信息（有时也称标志）的简洁方法。标准库提供了bitset类使得处理位集合更容易一些。注意下面的看不懂可以去我开头推荐的网址，查看使用例子。

(constructor)

Construct bitset  (public member function)    //构造bitset..   格式 bitset<长度>  名字

applicable operators

Bitset operators  (functions)          //可以直接对bitset容器进行二进制操作，如 ^,|,~,<<,>>等等

operator[]

Access bit  (public member function)  //可以用如数组形式的赋值。bitset<4> b;  b[0]=1; 

set

Set bits  (public member function)//默认将容器中所有值赋为1，也可以将特定的位置赋给特定的值

如  bitset<4> b;   b.set();   //1111.    b.set(2,0)  //  1011.

reset

Reset bits  (public member function) //默认将容器中所有值赋值为0，也可以将特定位置赋特定的值

flip

Flip bits  (public member function)//默认将容器中的数取反，1变0，0变1，也可以将特定位置取反bitset<4> b(string ("0001"));  b.file(2);  // 0101;  b.file();   //1010

to_ulong

Convert to unsigned long integer  (public member function)   //将容器的值转化成10进制的数

to_string

Convert to string  (public member function)           //将容器累的值转为字符串

count

Count bits set  (public member function)              //统计容器中1的个数

size

Return size  (public member function)                  //容器的大小

test

Return bit value  (public member function)           //返回每个位置上的数

any

Test if any bit is set  (public member function)   //容器的值>0返回真，反之。

none

Test if no bit is set  (public member function)    //和any取反。容器的值==0返回真。反之

下面转载一篇博客，原址是      http://blog.chinaunix.net/uid-24790746-id-252685.html

1.定义一个unsigned long型的副本
例：
unsigned long tmp = 1111;
bitset<32> bitvec(tmp);

那么把bitvec对象给cout出来是：00000000000000000000000000001111吗？

答案显示是不对的，前几天我马虎了，原来bitset类的构造函数把tmp的十进制值给转换到了二进制（10001010111），所以
bitvec输出是：00000000000000000000010001010111。
如果想让tmp直接输出00000000000000000000000000001111的话，那么只需将tmp更改为十六进制0xf即可（unsgined long tmp = 0xf）。

2.定义一个string型的副本
例：
string str("1111");
bitset<32> bitvec(str);
那么bitvec对象cout出来就是：00000000000000000000000000001111。
好了，我前几天遇到的问题出来了，现在拿string型的副本来讨论，现在bitset里面到底是怎么存储str对象的字符串字面值呢？？
bitvec对象里面存储的是00000000000000000000000000001111，
还是11110000000000000000000000000000呢？
还没遇到这个模糊问题的时候，我用cout输出bitvec对象的值，跟我用for循环从bitvec对象的第0位输出到第31位的结果竟然是不一样的。。
当执行：cout << bitvec; //result = 00000000000000000000000000001111;
当执行：
for (unsigned int ix = 0; ix != 32; ++ix)
{
 cout << bitvec[ix];
}
//result = 11110000000000000000000000000000
现在已经很清楚的知道，bitvec对象是把string对象里面的值先转换成二进制值，然后再倒过来存储。
用1111可能看得不是很清楚，
那么现在：
string str("1010");
bitset<32> bitvec(str);
通过上面那个for循环输出的结果是：01010000000000000000000000000000,
这样看起来就比较直观了。一般平时要输出bitset对象时，都是用cout输出，因为cout已经重载了各种各样的运算符，用for循环输出只是为了更加深入的去理解bitset罢了。

#include <iostream>
#include <bitset>
/*顺便提一下，这里为什么不直接使用"using namespace std;"比较简便了，因为这样对于比较大的程序来
说不是很好的习惯，因为使用这句话虽然简便了，但是这样导致把std命名空间的所有标准库函数都引进到程序文件里，这样如
果以后程序涉及到同名函数名或变量名，将会出现难以调试的错误*/
using std::cout;
using std::endl;
using std::bitset;
int main()
{
	bitset<32> bitvec("1010");
	//1.
	cout << bitvec;
	cout << endl;
	//2.
	for (int ix = 0; ix != bitvec.size(); ++ix)
	{
		cout << bitvec[ix];
	}
	cout << endl;
	//3.
	for (int ix = bitvec.size() - 1; ix != -1; --ix)
	{
		cout << bitvec[ix];
	}
	cout << endl;
	/*

	00000000000000000000000000001010
	01010000000000000000000000000000
	00000000000000000000000000001010

	*/
	return 0;
}

12.forward_list

13.unordered_map

14.unordered_multimap

15.unordered_set

16.unordered_multiset