ＳＴＬ 容器详解

STL的容器可以分为以下几个大类: 
一：序列容器，　有vector, list, deque, string.

二 : 关联容器,     有set, multiset, map, mulmap, hash_set, hash_map, hash_multiset, hash_multimap

三: 其他的杂项： stack, queue, valarray, bitset

 

容器类共享部分公共接口。标准库定义的三种顺序容器类型：vector、list、deque（double-ended queue的缩写，发音为“deck”），它们的差别仅在访问元素的方式，以及添加或删除元素相关操作的代价。顺序容器适配器包括：stack、queue和priority_queue。容器只定义了少量操作，大多数操作由算法库提供。如果两个容器提供了相同的操作，则它们的接口（函数名和参数个数）应该相同。 

标准容器类	说明
顺序性容器
vector	从后面快速的插入与删除，直接访问任何元素
deque	从前面或后面快速的插入与删除，直接访问任何元素
list	双链表，从任何地方快速插入与删除
关联容器
set	快速查找，不允许重复值
multiset	快速查找，允许重复值
map	一对多映射，基于关键字快速查找，不允许重复值
multimap	一对多映射，基于关键字快速查找，允许重复值
容器适配器
stack	后进先出
queue	先进先出
priority_queue	最高优先级元素总是第一个出列

      容器类型

vector	容器，支持快速随机访问（连续存储）
list	链表，支持快速插入/删除
deque	双端队列，支持随机访问（连续存储），两端能快速插入和删除
stack	栈
queue	队列
priority_queue	优先级队列

 

顺序容器的定义

顺序容器的构造和初始化

下表为迭代器为所有容器类型所提供的运算：

*iter	返回类型iter所指向的元素的引用
iter->mem	对iter进行解引用，并取得指定成员
++iter	给iter加1，使其指向容器中下一个元素
iter++
--iter	给iter减1，使其指向容器中前一个元素
iter--
iter1 == iter2	当两个迭代器指向同一个容器中的同一元素，或者当它们都指向
iter1 != iter2	同一个容器的超出末端的下一个位置时，两个迭代器相等。

 

   vector和deque容器的迭代器提供了额外的运算：迭代器的算术运算和另一些关系运算，如下表所示：

 

iter + n	在迭代器上加（减）整数值，将产生指向容器中前面（后面）第n个元素的迭代器；
iter - n	新计算出来的迭代器必须指向容器中的元素或超出容器末端的下一位置。
iter1 += iter2	复合运算：先加（减），再赋值
iter1 -= iter2
iter1 - iter2	只适用于vector和deque
>, >=, <, <=	比较迭代器的位置关系；只适用于vector和deque

 

   关系操作符只适用于vector和deque容器，这是因为只有这两种容器为其元素提供快速、随机的访问。它们确保可根据元素位置直接有效地访问指定的容器元素。这两种容器都支持通过元素位置实现的随机访问，因此它们的迭代器可以有效地实现算术和关系运算。

迭代器范围：[first, last)是一个左闭合区间，表示范围从first开始，到last结束，但不包括last。注意：如果first不等于last，则对first反复做自增运算必须能够到达last；否则，即last位于first之前，则将发生未定义行为。

   迭代器范围使用左闭合的意义：因为这样可以统一表示空集，就无需特别处理。

   另外，使用迭代器时，要特别留意迭代器的可能的失效问题。

访问元素

 

back()	返回容器的最后一个元素的引用。如果容器为空，则该操作未定义
front()	返回容器的第一个元素的引用。如果容器为空，则该操作未定义
c[n]	返回下标为n的元素的引用；如果n<0 or n>=size()，则该操作未定义  （注：只适用于vector和deque容器）
at[n]	返回下标为n的元素的引用；如果下标无效，则抛出异常out_of_range异常  （注：只适用于vector和deque容器）

 

删除元素  

 

erase(p)	删除迭代器p所指向的元素。返回一个迭代器，它指向被删除的元素后面的元素。如果p指向容器内最后一个元素，则返回的迭代器指向容器的超出末端的下一个位置；如果p本身就是指向超出末端的下一个位置的迭代器，则该函数未定义
erase(b, e)	删除[b, e)内的所有元素。返回一个迭代器，它指向被删除元素段后面的元素。如果e本身就是指向超出末端的下一个位置的迭代器，则返回的迭代器也指向超出末端的下一个位置。
clear()	删除容器内的所有元素，返回void
pop_back()	删除容器内的最后一个元素，返回void。如果容器为空，则该操作未定义。
pop_front()	删除容器内的第一个元素，返回void。如果c为空容器，则该操作未定义  （注：只适用于list和deque容器）

 

赋值与swap

 

c1 = c2	删除容器c1的所有元素，然后将c2的元素复制给c1。c1和c2的类型必须相同。
c1.swap(c2)	交换内容：调用该函数后，c1中存放的是c2原来的元素，c2中存放的是c1原来的元素。c1和c2的类型必须相同。该函数的执行速度通常要比将c2的元素复制到c1的操作快。
c.assign(b, e)	重新设置c的元素：将迭代器b和e标记的范围内所有的元素复制到c中。b和e必须不是指向c中元素的迭代器。
c.assign(n, t)	将容器c重新设置为存储n个值为t的元素。

 

注意：assign操作首先删除容器内所有的元素，再将参数所指定的新元素插入到容器中。

      swap操作不会删除或插入任何元素，而且保证在常量时间内实现交换。由于容器内没有移动任何元素，因此迭代器不会失效。但要注意这些迭代器指向了另一个容器中的元素。

容器的选用：

vector和deque容器提供了对元素的快速访问，但付出的代价是，在容器的任意位置插入或删除元素，比在容器尾部插入和删除的开销更大，因为要保证其连续存储，需要移动元素；list类型在任何位置都能快速插入和删除，因为不需要保证连续存储，但付出的代价是元素的随机访问开销较大。特征如下：

   1）与vector容器一样，在deque容器的中间insert或erase元素效率比较低；

   2）不同于vector容器，deque容器提供高效地在其首部实现insert和erase的操作，就像在尾部一样；

   3）与vector容器一样而不同于list容器的是，deque容器支持对所有元素的随机访问。

   4）在deque容器首部或尾部删除元素则只会使指向被删除元素的迭代器失效。在deque容器的任何其他位置的插入和删除操作将使指向该容器元素的所有迭代器都失效。

  容器的比较：

vector （连续的空间存储,可以使用[]操作符）快速的访问随机的元素，快速的在末尾插入元素，但是在序列中间岁间的插入，删除元素要慢，而且如果一开始分配的空间不够的话，有一个重新分配更大空间，然后拷贝的性能开销。
deque （小片的连续，小片间用链表相连，实际上内部有一个map的指针，因为知道类型，所以还是可以使用[]，只是速度没有vector快）快速的访问随机的元素，快速的在开始和末尾插入元素，随机的插入，删除元素要慢，空间的重新分配要比vector快,重新分配空间后，原有的元素不需要拷贝。对deque的排序操作，可将deque先复制到vector，排序后在复制回deque。
list （每个元素间用链表相连）访问随机元素不如vector快，随机的插入元素比vector快，对每个元素分配空间，所以不存在空间不够，重新分配的情况。

set：内部元素唯一，用一棵平衡树结构来存储，因此遍历的时候就排序了，查找也比较快的哦。
map ：一对一的映射的结合，key不能重复。

stack ：适配器，必须结合其他的容器使用，stl中默认的内部容器是deque。先进后出，只有一个出口，不允许遍历。
queue： 是受限制的deque，内部容器一般使用list较简单。先进先出，不允许遍历。
vector<bool> 与bitset<> ,前面的可以动态改变长度。
priority_queue： 插入的元素就有优先级顺序，top出来的就是优先级最高的了
valarray 专门进行数值计算的，增加特殊的数学函数。

   一些容器选用法则：

   1） 如果程序要求随机访问元素，则应使用vector或deque容器；

   2） 如果程序必须在容器的中间位置插入或删除元素，则应采用list容器；

   3）如果程序不是在容器的中间位置，而是在容器首部或尾部插入或删除元素，则应采用deque容器；

   4）如果只需要在读取输入时在容器的中间位置插入元素，然后需要随机访问元素，则可以在输入时将元素读入到一个list容器中，然后对容器排序，再将排序后的list容器复制到vector容器中。

   5）如果程序既需要随机访问，又需要在容器的中间位置插入或删除元素，此时应当权衡哪种操作的影响较大，从而决定选择list容器还是vector或deque容器。注：此时若选择使用vector或deque容器，可以考虑只使用它们和list容器所共有的操作，比如使用迭代器而不是下标，避免随机访问元素等，这样在必要时，可以很方便地将程序改写为使用list容器。

容器适配器

     适配器（adaptor）是标准库中通用的概念，包括容器适配器、迭代器适配器和函数适配器。本质上，适配器是使一事物的行为类似于另一事物的行为的一种机制。容器适配器让一种已存在的容器类型采用另一种不同的抽象类型的工作方式实现，只是发生了接口转换而已。

     标准库提供了三种顺序容器适配器：queue, priority_queue和stack。

     所有适配器都定义了两个构造函数：默认构造函数用于创建空对象，而带一个容器参数的构造函数将参数容器的副本作为其基础值。

     默认的stack和queue都基于deque容器实现，而priority_queue则在vector容器上实现。在创建适配器时，通过将一个顺序容器指定为适配器的第二个类型参数，可覆盖其关联的基础容器类型。例如：

    stack<int, vector<int> > int_stack;  // 此时，int-stack栈是基于vector实现

    对于给定的适配器，其关联的容器必须满足一定的约束条件。stack适配器所关联的基本容器可以是任意一种顺序容器类型，因为这些容器类型都提供了push_back、pop_back和back操作；queue适配器要求其关联的基础容器必须提供pop_front操作，因此其不能建立在vector容器上；priority_queue适配器要求提供随机访问功能，因此不能建立在list容器上。

 

   两个相同类型的适配器可以做==, !=, <, >, <=, >=这些关系运算，只要其基本元素类型支持==和<两个操作即可。这与容器大小比较原则一致。

这与容器大小比较原则一致。

栈

s.empty()	如果栈为这人，则true；否则返回false
s.size()	返回栈中元素的个数
s.pop()	删除栈顶元素，但不返回其值
s.top()	返回栈顶元素的值，但不删除该元素
s.push(item)	在栈项压入新元素

 

队列和优先级队列

   标准库队列使用了先进先出（FIFO）的存储和检索策略，进入队列的元素被放置在尾部，下一个被取出的元素则取自队列的首部。

   priority_queue默认使用元素类型的 < 操作符来确定它们之间的优先级关系，用户也可以定义自己的优先级关系。在优先级队列中，新元素被放置在比它优先级低的元素的前面。

 

q.empty()	如果队列为空，则返回true；否则返回false
q.size()	返回队列中元素的个数
q.pop()	删除队首元素，但不返回其值
q.front()	返回队首元素的值，但不删除该元素  （注：该操作只适用于队列）
q.back()	返回队尾元素的值，但不删除该元素  （注：该操作只适用于队列）
q.top()	返回具有最高优先级的元素值，但不删除该元素  （注：该操作只适用于优先级队列。MSDN也为queue提供了该操作）
q.push(item)	对于queue，在队尾压入一个新元素；  对于priority_queue，在基于优先级的适当位置插入新元素

 

STL各个容器的实现:

(1) vector
内部数据结构：数组。
随机访问每个元素，所需要的时间为常量。
在末尾增加或删除元素所需时间与元素数目无关，在中间或开头增加或删除元素所需时间随元素数目呈线性变化。
可动态增加或减少元素，内存管理自动完成，但程序员可以使用reserve()成员函数来管理内存。
vector的迭代器在内存重新分配时将失效（它所指向的元素在该操作的前后不再相同）。当把超过capacity()-size()个元素插入vector中时，内存会重新分配，所有的迭代器都将失效；否则，指向当前元素以后的任何元素的迭代器都将失效。当删除元素时，指向被删除元素以后的任何元素的迭代器都将失效。

(2)deque
内部数据结构：数组。
随机访问每个元素，所需要的时间为常量。
在开头和末尾增加元素所需时间与元素数目无关，在中间增加或删除元素所需时间随元素数目呈线性变化。
可动态增加或减少元素，内存管理自动完成，不提供用于内存管理的成员函数。
增加任何元素都将使deque的迭代器失效。在deque的中间删除元素将使迭代器失效。在deque的头或尾删除元素时，只有指向该元素的迭代器失效。

(3)list
内部数据结构：双向环状链表。
不能随机访问一个元素。
可双向遍历。
在开头、末尾和中间任何地方增加或删除元素所需时间都为常量。
可动态增加或减少元素，内存管理自动完成。
增加任何元素都不会使迭代器失效。删除元素时，除了指向当前被删除元素的迭代器外，其它迭代器都不会失效。

(4)slist
内部数据结构：单向链表。
不可双向遍历，只能从前到后地遍历。
其它的特性同list相似。

(5)stack
适配器，它可以将任意类型的序列容器转换为一个堆栈，一般使用deque作为支持的序列容器。
元素只能后进先出（LIFO）。
不能遍历整个stack。

(6)queue
适配器，它可以将任意类型的序列容器转换为一个队列，一般使用deque作为支持的序列容器。
元素只能先进先出（FIFO）。
不能遍历整个queue。

(7)priority_queue
适配器，它可以将任意类型的序列容器转换为一个优先级队列，一般使用vector作为底层存储方式。
只能访问第一个元素，不能遍历整个priority_queue。
第一个元素始终是优先级最高的一个元素。

(8)set
键和值相等。
键唯一。
元素默认按升序排列。
如果迭代器所指向的元素被删除，则该迭代器失效。其它任何增加、删除元素的操作都不会使迭代器失效。

(9)multiset
键可以不唯一。
其它特点与set相同。

(10)hash_set
与set相比较，它里面的元素不一定是经过排序的，而是按照所用的hash函数分派的，它能提供更快的搜索速度（当然跟hash函数有关）。
其它特点与set相同。

(11)hash_multiset
键可以不唯一。
其它特点与hash_set相同。

(12)map
键唯一。
元素默认按键的升序排列。
如果迭代器所指向的元素被删除，则该迭代器失效。其它任何增加、删除元素的操作都不会使迭代器失效。

(13)multimap
键可以不唯一。
其它特点与map相同。

(14)hash_map
与map相比较，它里面的元素不一定是按键值排序的，而是按照所用的hash函数分派的，它能提供更快的搜索速度（当然也跟hash函数有关）。
其它特点与map相同。

(15)hash_multimap
键可以不唯一。
其它特点与hash_map相同。