顺序容器
顺序容器概述
- 顺序容器（sequential container）：为程序员提供了控制元素存储和访问顺序的能力。这种顺序不依赖于元素的值，而是与元素加入容器时的位置相对应。
顺序容器类型
| 容器类型 | 介绍 |
vector | 可变大小数组。支持快速随机访问。在尾部之外的位置插入或删除元素可能很慢。 |
deque | 双端队列。支持快速随机访问。在头尾位置插入/删除速度很快。 |
list | 双向链表。只支持双向顺序访问。在list中任何位置进行插入/删除操作速度都很快。 |
forward_list | 单向链表。只支持单向顺序访问。在链表任何位置进行插入/删除操作速度都很快。 |
array | 固定大小数组。支持快速随机访问。不能添加或者删除元素。 |
string | 与vector相似的容器，但专门用于保存字符。随机访问块。在尾部插入/删除速度快。 |
- 除了固定大小的
array外，其他容器都提供高效、灵活的内存管理。 forward_list和array是新C++标准增加的类型。- 通常使用
vector是最好的选择，除非你有很好的理由选择其他容器。 - 新标准库的容器比旧版的快得多。
容器操作
类型
| 操作 | 解释 |
iterator | 此容器类型的迭代器类型 |
const_iterator | 可以读取元素但不能修改元素的迭代器类型 |
size_type | 无符号整数类型，足够保存此种容器类型最大可能的大小 |
difference_type | 带符号整数类型，足够保存两个迭代器之间的距离 |
value_type | 元素类型 |
reference | 元素的左值类型；和value_type &含义相同 |
const_reference | 元素的const左值类型，即const value_type & |
构造函数
| 操作 | 解释 |
C c; | 默认构造函数，构造空容器 |
C c1(c2);或C c1 = c2; | 构造c2的拷贝c1 |
C c(b, e) | 构造c，将迭代器b和e指定范围内的所有元素拷贝到c |
C c(a, b, c...) | 列表初始化c |
C c(n) | 只支持顺序容器，且不包括array，包含n个元素，这些元素进行了值初始化 |
C c(n, t) | 包含n个初始值为t的元素 |
- 只有顺序容器的构造函数才接受大小参数，关联容器并不支持。
array具有固定大小。- 和其他容器不同，默认构造的
array是非空的。 - 直接复制：将一个容器复制给另一个容器时，类型必须匹配：容器类型和元素类型都必须相同。
- 使用迭代器复制：不要求容器类型相同，容器内的元素类型也可以不同。
赋值和swap
| 操作 | 解释 |
c1 = c2; | 将c1中的元素替换成c2中的元素 |
c1 = {a, b, c...} | 将c1中的元素替换成列表中的元素（不适用于array） |
c1.swap(c2) | 交换c1和c2的元素 |
swap(c1, c2) | 等价于c1.swap(c2) |
c.assign(b, e) | 将c中的元素替换成迭代器b和e表示范围中的元素，b和e不能指向c中的元素 |
c.assign(il) | 将c中的元素替换成初始化列表il中的元素 |
c.assign(n, r) | 将c中的元素替换为n个值是t的元素 |
- 使用非成员版本的
swap是一个好习惯。 assign操作不适用于关联容器和array
大小
| 操作 | 解释 |
c.size() | c中元素的数目（不支持forward_list） |
c.max_size() | c中可保存的最大元素数目 |
c.empty() | 若c中存储了元素，返回false，否则返回true |
添加元素
| 操作 | 解释 |
c.push_back(t) | 在c尾部创建一个值为t的元素，返回void |
c.emplace_back(args) | 同上 |
c.push_front(t) | 在c头部创建一个值为t的元素，返回void |
c.emplace_front(args) | 同上 |
c.insert(p, t) | 在迭代器p指向的元素之前创建一个值是t的元素，返回指向新元素的迭代器 |
c.emplace(p, args) | 同上 |
c.insert(p, n, t) | 在迭代器p指向的元素之前插入n个值为t的元素，返回指向第一个新元素的迭代器；如果n是0，则返回p |
c.insert(p, b, e) | 将迭代器b和e范围内的元素，插入到p指向的元素之前；如果范围为空，则返回p |
c.insert(p, il) | il是一个花括号包围中的元素值列表，将其插入到p指向的元素之前；如果il是空，则返回p |
- 因为这些操作会改变大小，因此不适用于
array。 forward_list有自己专有版本的insert和emplace。forward_list不支持push_back和emplace_back。- 当我们用一个对象去初始化容器或者将对象插入到容器时，实际上放入的是对象的拷贝。
emplace开头的函数是新标准引入的，这些操作是构造而不是拷贝元素。- 传递给
emplace的参数必须和元素类型的构造函数相匹配。
访问元素
| 操作 | 解释 |
c.back() | 返回c中尾元素的引用。若c为空，函数行为未定义 |
c.front() | 返回c中头元素的引用。若c为空，函数行为未定义 |
c[n] | 返回c中下标是n的元素的引用，n时候一个无符号证书。若n>=c.size()，则函数行为未定义 |
c.at(n) | 返回下标为n的元素引用。如果下标越界，则抛出out_of_range异常 |
- 访问成员函数返回的是引用。
at和下标操作只适用于string、vector、deque、array。back不适用于forward_list。- 如果希望下标是合法的，可以使用
at函数。
删除元素
| 操作 | 解释 |
c.pop_back() | 删除c中尾元素，若c为空，则函数行为未定义。函数返回void |
c.pop_front() | 删除c中首元素，若c为空，则函数行为未定义。函数返回void |
c.erase(p) | 删除迭代器p指向的元素，返回一个指向被删除元素之后的元素的迭代器，若p本身是尾后迭代器，则函数行为未定义 |
c.erase(b, e) | 删除迭代器b和e范围内的元素，返回指向最后一个被删元素之后元素的迭代器，若e本身就是尾后迭代器，则返回尾后迭代器 |
c.clear() | 删除c中所有元素，返回void |
- 会改变容器大小，不适用于
array。 forward_list有特殊版本的eraseforward_list不支持pop_backvector和string不支持pop_front
特殊的forwad_list操作
- 链表在删除元素时需要修改前置节点的内容，双向链表会前驱的指针，但是单向链表没有保存，因此需要增加获取前置节点的方法。
forward_list定义了before_begin，即首前（off-the-begining）迭代器，允许我们再在首元素之前添加或删除元素。
| 操作 | 解释 |
lst.before_begin() | 返回指向链表首元素之前不存在的元素的迭代器，此迭代器不能解引用。 |
lst.cbefore_begin() | 同上，但是返回的是常量迭代器。 |
lst.insert_after(p, t) | 在迭代器p之后插入元素。t是一个对象 |
lst.insert_after(p, n, t) | 在迭代器p之后插入元素。t是一个对象，n是数量。若n是0则函数行为未定义 |
lst.insert_after(p, b, e) | 在迭代器p之后插入元素。由迭代器b和e指定范围。 |
lst.insert_after(p, il) | 在迭代器p之后插入元素。由il指定初始化列表。 |
emplace_after(p, args) | 使用args在p之后的位置，创建一个元素，返回一个指向这个新元素的迭代器。若p为尾后迭代器，则函数行为未定义。 |
lst.erase_after(p) | 删除p指向位置之后的元素，返回一个指向被删元素之后的元素的迭代器，若p指向lst的尾元素或者是一个尾后迭代器，则函数行为未定义。 |
lst.erase_after(b, e) | 类似上面，删除对象换成从b到e指定的范围。 |
改变容器大小
| 操作 | 解释 |
c.resize(n) | 调整c的大小为n个元素，若n<c.size()，则多出的元素被丢弃。若必须添加新元素，对新元素进行值初始化 |
c.resize(n, t) | 调整c的大小为n个元素，任何新添加的元素都初始化为值t |
获取迭代器
| 操作 | 解释 |
c.begin(), c.end() | 返回指向c的首元素和尾元素之后位置的迭代器 |
c.cbegin(), c.cend() | 返回const_iterator |
- 以
c开头的版本是C++11新标准引入的 - 当不需要写访问时，应该使用
cbegin和cend。
反向容器的额外成员
| 操作 | 解释 |
reverse_iterator | 按逆序寻址元素的迭代器 |
const_reverse_iterator | 不能修改元素的逆序迭代器 |
c.rbegin(), c.rend() | 返回指向c的尾元素和首元素之前位置的迭代器 |
c.crbegin(), c.crend() | 返回const_reverse_iterator |
迭代器
- 迭代器范围：
begin到end，即第一个元素到最后一个元素的后面一个位置。 - 左闭合区间：
[begin, end) - 左闭合范围蕴含的编程设定：
- 如果
begin和end相等，则范围为空。 - 如果二者不等，则范围至少包含一个元素，且
begin指向该范围中的第一个元素。 - 可以对
begin递增若干次，使得begin == end。
容器操作可能使迭代器失效
- 在向容器添加元素后：
- 如果容器是
vector或string，且存储空间被重新分配，则指向容器的迭代器、指针、引用都会失效。 - 对于
deque，插入到除首尾位置之外的任何位置都会导致指向容器的迭代器、指针、引用失效。如果在首尾位置添加元素，迭代器会失效，但指向存在元素的引用和指针不会失效。 - 对于
list和forward_list，指向容器的迭代器、指针和引用依然有效。
- 在从一个容器中删除元素后：
- 对于
list和forward_list，指向容器其他位置的迭代器、引用和指针仍然有效。 - 对于
deque，如果在首尾之外的任何位置删除元素，那么指向被删除元素外其他元素的迭代器、指针、引用都会失效；如果是删除deque的尾元素，则尾后迭代器会失效，但其他不受影响；如果删除的是deque的头元素，这些也不会受影响。 - 对于
vector和string，指向被删元素之前的迭代器、引用、指针仍然有效。 - 注意：当我们删除元素时，尾后迭代器总是会失效。
- 注意：使用失效的迭代器、指针、引用是严重的运行时错误！
- 建议：将要求迭代器必须保持有效的程序片段最小化。
- 建议：不要保存
end返回的迭代器。
容器内元素的类型约束
- 元素类型必须支持赋值运算；
- 元素类型的对象必须可以复制。
- 除了输入输出标准库类型外，其他所有标准库类型都是有效的容器元素类型。
vector对象是如何增长的
vector和string在内存中是连续保存的，如果原先分配的内存位置已经使用完，则需要重新分配新空间，将已有元素从就位置移动到新空间中，然后添加新元素。
管理容量的成员函数
| 操作 | 解释 |
c.shrink_to_fit() | 将capacity()减少到和size()相同大小 |
c.capacity() | 不重新分配内存空间的话，c可以保存多少个元素 |
c.reverse(n) | 分配至少能容纳n个元素的内存空间 |
shrink_to_fit只适用于vector、string和dequecapacity和reverse只适用于vector和string。
额外的string操作
构造string的其他方法
| 操作 | 解释 |
string s(cp, n) | s是cp指向的数组中前n个字符的拷贝，此数组 |
string s(s2, pos2) | s是string s2从下标pos2开始的字符的拷贝。若pos2 > s2.size()，则构造函数的行为未定义。 |
string s(s2, pos2, len2) | s是string s2从下标pos2开始的len2个字符的拷贝。 |
substr操作
| 操作 | 解释 |
s.substr(pos, n) | 返回一个string，包含s中从pos开始的n个字符的拷贝。pos的默认值是0，n的默认值是s.size() - pos，即拷贝从pos开始的所有字符。 |
改变string的其他方法
| 操作 | 解释 |
s.insert(pos, args) | 在pos之前插入args指定的字符。pos可以使是下标或者迭代器。接受下标的版本返回指向s的引用；接受迭代器的版本返回指向第一个插入字符的迭代器。 |
s.erase(pos, len) | 删除从pos开始的len个字符，如果len被省略，则删除后面所有字符，返回指向s的引用。 |
s.assign(args) | 将s中的字符替换成args指定的字符。返回一个指向s的引用。 |
s.append(args) | 将args指定的字符追加到s，返回一个指向s的引用。 |
s.replace(range, args) | 删除s中范围range中的字符，替换成args指定的字符。返回一个指向s的引用。 |
string搜索操作
string类提供了6个不同的搜索函数，每个函数都有4个重载版本。- 每个搜索操作都返回一个
string::size_type值，表示匹配发生位置的下标。如果搜索失败则返回一个名为string::npos的static成员（类型是string::size_type，初始化值是-1，也就是string最大的可能大小）。
| 搜索操作 | 解释 |
s.find(args) | 查找s中args第一次出现的位置 |
s.rfind(args) | 查找s中args最后一次出现的位置 |
s.find_first_of(args) | 在s中查找args中任何一个字符第一次出现的位置 |
s.find_last_of(args) | 在s中查找args中任何一个字符最后一次出现的位置 |
s.find_first_not_of(args) | 在s中查找第一个不在args中的字符 |
s.find_first_not_of(args) | 在s中查找最后一个不在args中的字符 |
args必须是一下的形式之一：
args形式 | 解释 |
c, pos | 从s中位置pos开始查找字符c。pos默认是0 |
s2, pos | 从s中位置pos开始查找字符串s。pos默认是0 |
cp, pos | 从s中位置pos开始查找指针cp指向的以空字符结尾的C风格字符串。pos默认是0 |
cp, pos, n | 从s中位置pos开始查找指针cp指向的前n个字符。pos和n无默认值。 |
s.compare的几种参数形式
逻辑类似于C标准库的strcmp函数，根据s是等于、大于还是小于参数指定的字符串，s.compare返回0、正数或负数。
| 参数形式 | 解释 |
s2 | 比较s和s2 |
pos1, n1, s2 | 比较s从pos1开始的n1个字符和s2 |
pos1, n1, s2, pos2, n2 | 比较s从pos1开始的n1个字符和s2 |
cp | 比较s和cp指向的以空字符结尾的字符数组 |
pos1, n1, cp | 比较s从pos1开始的n1个字符和cp指向的以空字符结尾的字符数组 |
pos1, n1, cp, n2 | 比较s从pos1开始的n1个字符和cp指向的地址开始n2个字符 |
string和数值转换
| 转换 | 解释 |
to_string(val) | 一组重载函数，返回数值val的string表示。val可以使任何算术类型。对每个浮点类型和int或更大的整型，都有相应版本的to_string()。和往常一样，小整型会被提升。 |
stoi(s, p, b) | 返回s起始子串（表示整数内容）的数值，p是s中第一个非数值字符的下标，默认是0，b是转换所用的基数。返回int |
stol(s, p, b) | 返回long |
stoul(s, p, b) | 返回unsigned long |
stoll(s, p, b) | 返回long long |
stoull(s, p, b) | 返回unsigned long long |
stof(s, p) | 返回s起始子串（表示浮点数内容）的数值，p是s中第一个非数值字符的下标，默认是0。返回float |
stod(s, p) | 返回double |
stold(s, p) | 返回long double |
容器适配器（adapter）
- 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，例如
stack可以使任何一种顺序容器以栈的方式工作。 - 初始化
deque<int> deq; stack<int> stk(deq); 从deq拷贝元素到stk。 - 创建适配器时，指定一个顺序容器，可以覆盖默认的基础容器：
stack<string, vector<string> > str_stk;。
适配器的通用操作和类型
| 操作 | 解释 |
size_type | 一种类型，须以保存当前类型的最大对象的大小 |
value_type | 元素类型 |
container_type | 实现适配器的底层容器类型 |
A a; | 创建一个名为a的空适配器 |
A a(c) | 创建一个名为a的适配器，带有容器c的一个拷贝 |
| 关系运算符 | 每个适配器都支持所有关系运算符：==、!=、<、 <=、>、>=这些运算符返回底层容器的比较结果 |
a.empty() | 若a包含任何元素，返回false;否则返回true |
a.size() | 返回a中的元素数目 |
swap(a, b) | 交换a和b的内容，a和b必须有相同类型，包括底层容器类型也必须相同 |
a.swap(b) | 同上 |
stack
| 操作 | 解释 |
s.pop() | 删除栈顶元素，不返回。 |
s.push(item) | 创建一个新元素，压入栈顶，该元素通过拷贝或移动item而来 |
s.emplace(args) | 同上，但元素由args来构造。 |
s.top() | 返回栈顶元素，不删除。 |
- 定义在
stack头文件中。 stack默认基于deque实现，也可以在list或vector之上实现。
queue和priority_queue
| 操作 | 解释 |
q.pop() | 删除队首元素，但不返回。 |
q.front() | 返回队首元素的值，不删除。 |
q.back() | 返回队尾元素的值，不删除。只适用于queue |
q.top() | 返回具有最高优先级的元素值，不删除。 |
q.push(item) | 在队尾压入一个新元素。 |
q.emplace(args) | |
- 定义在
queue头文件中。 queue默认基于deque实现，priority_queue默认基于vector实现。queue可以在list或vector之上实现，priority_queue也可以用deque实现。