C++中的容器类详解

原文出处：http://www.cublog.cn/u3/94667/showart_2302116.html

C++中的容器类包括“顺序存储结构”和“关联存储结构”，前者包括vector，list，deque等；后者包括set，map，multiset，multimap等。若需要存储的元素数在编译器间就可以确定，可以使用数组来存储，否则，就需要用到容器类了。

1、vector

    连续存储结构，每个元素在内存上是连续的；

    支持高效的随机访问和在尾端插入/删除操作，但其他位置的插入/删除操作效率低下；

2、deque

    连续存储结构，即其每个元素在内存上也是连续的，类似于vector，不同之处在于，deque提供了两级数组结构，第一级完全类似于vector，代表实际容器；另一级维护容器的首位地址。

    这样，deque除了具有vector的所有功能外，还支持高效的首端插入/删除操作。

3、list

    非连续存储结构，具有双链表结构，每个元素维护一对前向和后向指针，因此支持前向/后向遍历。

    支持高效的随机插入/删除操作，但随机访问效率低下，且由于需要额外维护指针，开销也比较大。

4、vector V.S. list V.S. deque：

    a、若需要随机访问操作，则选择vector；

    b、若已经知道需要存储元素的数目， 则选择vector；

    c、若需要随机插入/删除（不仅仅在两端），则选择list

    d、只有需要在首端进行插入/删除操作的时候，才选择deque，否则都选择vector。

    e、若既需要随机插入/删除，又需要随机访问，则需要在vector与list间做个折中。

    f、当要存储的是大型负责类对象时，list要优于vector；当然这时候也可以用vector来存储指向对象的指针，同样会取得较高的效率，但是指针的维护非常容易出错，因此不推荐使用。

5、capacity V.S size

    a、capacity是容器需要增长之前，能够盛的元素总数；只有连续存储的容器才有capacity的概念（例如vector，deque，string），list不需要capacity。

    b、size是容器当前存储的元素的数目。

    c、vector默认的容量初始值，以及增长规则是依赖于编译器的。

6、用vector存储自定义类对象时，自定义类对象须满足：

    a、有可供调用的无参构造函数（默认的或自定义的）；

    b、有可用的拷贝赋值函数（默认的或自定义的）

7、迭代器iterator

    a、vector与deque的迭代器支持算术运算，list的迭代器只能进行++/--操作，不支持普通的算术运算。

以下为整个列表概述：

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

所有标准库共有函数

默认构造函数	提供容器默认初始化的构造函数。
复制构造函数	将容器初始化为现有同类容器副本的构造函数
析构函数	不再需要容器时进行内存整理的析构函数
empty	容器中没有元素时返回true,否则返回false
max_size	返回容器中最大元素个数
size	返回容器中当前元素个数
operator=	将一个容器赋给另一个容器
operator<	如果第一个容器小于第二个容器，返回true，否则返回false，
operator<=	如果第一个容器小于或等于第二个容器，返回true，否则返回false
operator>	如果第一个容器大于第二个容器，返回true，否则返回false
operator>=	如果第一个容器大于或等于第二个容器，返回true，否则返回false
operator==	如果第一个容器等于第二个容器，返回true，否则返回false
operator!=	如果第一个容器不等于第二个容器，返回true，否则返回false
swap	交换两个容器的元素

其中operator>,operator>=,operator<,operator<=,operator==,operator!=均不适用于priority_queue

顺序容器和关联容器共有函数

begin	该函数两个版本返回iterator或const_iterator，引用容器第一个元素
end	该函数两个版本返回iterator或const_iterator,引用容器最后一个元素后面一位
rbegin	该函数两个版本返回reverse_iterator或const_reverse_iterator,引用容器最后一个元素
rend	该函数两个版本返回reverse_iterator或const_reverse_iterator，引用容器第一个元素前面一位
erase	从容器中清除一个或几个元素
clear	清除容器中所有元素

下表显示了顺序容器和关联容器中常用的typedef，这些typedef常用于变量、参数和函数返回值的一般性声明。

value_type	容器中存放元素的类型
reference	容器中存放元素类型的引用
const_reference	容器中存放元素类型的常量引用，这种引用只能读取容器中的元素和进行const操作
pointer	容器中存放元素类型的指针
iterator	指向容器中存放元素类型的迭代器
const_iterator	指向容器中存放元素类型的常量迭代器，只能读取容器中的元素
reverse_iterator	指向容器中存放元素类型的逆向迭代器，这种迭代器在容器中逆向迭代
const_reverse_iterator	指向容器中存放元素类型的逆向迭代器，只能读取容器中的元素
difference_type	引用相同容器的两个迭代器相减结果的类型（list和关联容器没有定义operator-）
size_type	用于计算容器中项目数和检索顺序容器的类型（不能对list检索）

 

8.序列类容器

(1)vector向量相当于一个数组

    在内存中分配一块连续的内存空间进行存储。支持不指定vector大小的存储。STL内部实现时，首先分配一个非常大的内存空间预备进行存储，即capacity（）函数返回的大小，当超过此分配的空间时再整体重新放分配一块内存存储，这给人以vector可以不指定vector即一个连续内存的大小的感觉。通常此默认的内存分配能完成大部分情况下的存储。

   优点：(1) 不指定一块内存大小的数组的连续存储，即可以像数组一样操作，但可以对此数组进行动态操作。通常体现在push_back() pop_back()

         (2) 随机访问方便，即支持[ ]操作符和vector.at()

         (3) 节省空间。

   缺点：(1) 在内部进行插入删除操作效率低。

         (2) 只能在vector的最后进行push和pop，不能在vector的头进行push和pop。

         (3) 当动态添加的数据超过vector默认分配的大小时要进行整体的重新分配、拷贝与释放

(2)list 双向链表

    每一个结点都包括一个信息快Info、一个前驱指针Pre、一个后驱指针Post。可以不分配必须的内存大小方便的进行添加和删除操作。使用的是非连续的内存空间进行存储。

   优点：(1) 不使用连续内存完成动态操作。

        (2) 在内部方便的进行插入和删除操作

        (3) 可在两端进行push、pop

   缺点：(1) 不能进行内部的随机访问，即不支持[ ]操作符和vector.at()

         (2) 相对于verctor占用内存多

(3) deque   双端队列 double-end queue

   deque是在功能上合并了vector和list。

   优点：(1) 随机访问方便，即支持[ ]操作符和vector.at()

         (2) 在内部方便的进行插入和删除操作

         (3) 可在两端进行push、pop

   缺点：(1) 占用内存多

使用区别：

     1）如果你需要高效的随即存取，而不在乎插入和删除的效率，使用vector

     2）如果你需要大量的插入和删除，而不关心随机存取，则应使用list

     3）如果你需要随机存取，而且关心两端数据的插入和删除，则应使用deque