一、相关介绍
STL
- 标准模板库
- 在编写代码的过程中有一些程序经常会被用到,而且需求特别稳定,所以C++中把这些常用的模板做了统一的规范,慢慢的就形成了STL
- 提供三种类型的组件: 容器、迭代器和算法,它们都支持泛型程序设计标准
容器
- 顺序容器(vector、list、deque):通过元素在容器中的位置顺序存储和访问元素
- 关联容器(set、map、multiset、multimap):通过键(
Key
)存储和读取元素 - 容器适配器(stack、queue、priority_queue)
迭代器
- 一种检查容器内元素并遍历元素的数据类型
- 每种容器类型都定义了自己的迭代器类型
- 包括:双向迭代器、随机迭代器
二、容器
【顺序容器】
- 顺序容器中元素排列顺序与其值无关,而仅仅由元素添加到容器里的次序决定
- 容器内的元素类型必须至少满足2个条件:可复制和可赋值
- 所有的迭代器范围都是左闭右开区间,[beg,end) 包括beg,但不包括end
标准库定义了三种顺序容器:vector
,list
和deque
。
vector——连续存储的元素,单向的
list——由节点组成的不连续存储的双向链表
deque——连续存储的元素,双向的
它们的区别在于访问元素的方式,以及添加或删除元素相关操作的运行代价。
如下图:
【关联容器】
- 独特之处在于支持键的使用
- 支持通过键来高效地查找和读取元素
标准库定义了两种关联容器:set,map
set——仅含一个键,并有效地支持关于某个键是否存在的查询
map——元素以键-值(key-value)对的形式组织:键用作元素在map
中的索引,而值则表示所存储和读取的元素
一般来说,如果希望有效的存储不同值的集合,那么set
容器比较合适,而map
容器则更适用于需要存储(乃至修改)每个键所关联值的情况。
在做某种文本处理时,可使用set
保存要忽略的单词。而字典则是map
的一种很好的应用:单词本身是键,而它的解释说明则是值。
map
和set
类型的对象所包含的元素都具有不同的键,不允许同一个键添加第二个元素。如果一个键必须对应多个实例,则需要使用multimap
和multiset
类型。
【容器适配器】
- 不是第一类容器
- 没有提供与元素的保存形式有关的真正数据结构实现
- 适配器都是建立在某个顺序容器之上的
- 适配器不支持迭代器
- 优点:能够使程序员选择一种合适的底层数据结构
STL提供了三种容器适配器:stack,queue,priority_queue。
statck——可以建立在vector,list,deque任何一种容器之上
queue——要求关联容器提供front操作,所以只有list和deque满足
priority_queue——要求提供随机访问功能 ,所有只有vector和deque满足
- stack类允许在底层数据结构的一端执行插入和删除操作(先入后出)。堆栈能够用任何顺序容器实现:vector、list、deque。
- queue类允许在底层数据结构的末尾插入元素,也允许从前面插入元素(先入先出)。队列能够用STL数据结构的list和deque实现,默认情况下是用deque实现的。
- priority_queue类,能够按照有序的方式在底层数据结构中执行插入操作,也能从底层数据结构的前面执行删除操作。priority_queue能够用STL的序列容器vector和deque实现。默认情况下使用vector作为底层容器的。当元素添加到priority_queue时,它们按优先级顺序插入。这样,具有最高优先级的元素,就是从priority_queue中首先被删除的元素。通常这是利用堆排序来实现的。堆排序总是将最大值(即优先级最高的元素)放在数据结构的前面。这种数据结构称为(heap)。
三、迭代器
一、迭代器的变化
和vector、list不同,set、map都是关联式容器。set内部是基于红黑树实现的。插入和删除操作效率较高,因为只需要修改相关指针而不用进行数据的移动。
在进行数据删除操作后,迭代器会不会失效呢?删除set的数据时,实际的操作是删除红黑树中的一个节点,然后相关指针做相关调整。指向其他元素的迭代器还是指向原位置,并没有改变,所以删除一个节点后其他迭代器不会失效。list和map也是同样的道理。然而删除vector中的某个元素,vector中其他迭代器会失效,因为vector是基于数组的,删除一个元素后,后面的元素会往前移动,所以指向后面元素的迭代器会失效。
二、迭代器的实现
迭代器是一个对象,vector的迭代器是封装了数组下标;list、map、set的迭代器是封装了元素节点的指针。
还有一点,从数学层面,set的一个集合,好比一个袋子里面装了好多个小球。但是红黑树是一种特殊的二叉搜索树,set中的元素根据其值的大小在红黑树中有特定的位置,是不可移动的。所以,1是search操作效率会很高O(log n),2是set中元素的值不可改变。
【小问题】
set是基于红黑树实现的,那么set的迭代器begin()、end()是指向哪里的呢?
一个测试程序:
#include<iostream>
#include<set>
using namespace std;
int main(){set<int> myset;myset.insert(4);myset.insert(7);myset.insert(2);myset.insert(0);myset.insert(4);set<int>::iterator it;for(it = myset.begin(); it != myset.end(); it++){cout<< *it; //输出结果是:0247}
}
红黑树首先是二叉搜索树,所以begin()迭代器指向红黑树的最左边的节点,end()迭代器指向红黑树的最右边的节点。另外这个小程序还说明了重复插入无效。
(1)STL中迭代器容器中都要注意的地方(vector中已经提到):
1)任何时候同时使用两个迭代器产生的将会是一个前闭后开的区间(具体见插入和删除的例子)
2)begin()指向的是vec中的第0个元素,而end是指向最后一个元素的后面一个位置(不是最后一个元素)
3)迭代器的时效性,如果一个迭代器所指向的内容已经被删除,而后又使用该迭代器的话,会造成意想不到的后果
(2)list的迭代器是双向迭代器(只能++ --,没有偏移功能)而不是像vector那样的随机迭代器(和指针几乎一样的所有功能)
在list中,由于其内存是非连续的,因此不能像vector那样,用[]操作符取值,只能用迭代器。
(3)list和vector的区别,本质区别:list是链式存储,vector在内存中是连续区别的,有本质区别而导致下面区别
1)list不支持随机访问(2)中已经说明,vector可以像数组那样使用平[]访问元素,而list是不可以的
2) list的插入和删除效率很高,所以list有push_front、pop_front、sort而vector中这些操作的效率太低了,所以STL中没有写这些功能
与vector相比,list除了有push_back()//在尾部插入 和 insert()之外,还有push_front()//即在链表的头部插入
3)list的一些特有的函数remove、reverse、unique、splice、merge功能(这些连deque中都没有的)