c++ 容器類概括性介紹

C++中的容器類包括“順序存儲結構”和“關聯存儲結構”,前者包括vector,list,deque等;後者包括set,map,multiset,multimap等。
若需要存儲的元素數在編譯器間就可以確定,可以使用數組來存儲,否則,就需要用到容器類了。



1、vector
    連續存儲結構,每個元素是在內存上是連續的;
    支持高效的隨機訪問和在尾端插入/刪除操作,但其他位置的插入/刪除操作效率低下;
2、deque
    連續存儲結構,即其每個元素在內存上也是連續的,類似於vector,不同之處在於,deque提供了兩級數組結構,第一級完全類似於vector,代表實際容器;另一級維護容器的首位地址。
    這樣,deque除了具有vector的所有功能外,還支持高效的首端插入/刪除操作。
3、list
    非連續存儲結構,具有雙鏈表結構,每個元素維護一對前向和後向指針,因此支持前向/後向遍歷。
    支持高效的隨機插入/刪除操作,但隨機訪問效率低下,且由於需要額外維護指針,開銷也比較大。

4、vector V.S. list V.S. deque:
    a、若需要隨機訪問操作,則選擇vector;
    b、若已經知道需要存儲元素的數目, 則選擇vector;
    c、若需要隨機插入/刪除(不僅僅在兩端),則選擇list
    d、只有需要在首端進行插入/刪除操作的時候,才選擇deque,否則都選擇vector。
    e、若既需要隨機插入/刪除,又需要隨機訪問,則需要在vector與list間做個折中。
    f、當要存儲的是大型負責類對象時,list要優於vector;當然這時候也可以用vector來存儲指向對象的指針,同樣會取得較高的效率,但是指針的維護非常容易出錯,因此不推薦使用。

5、capacity V.S size
    a、capacity是容器需要增長之前,能夠盛的元素總數;只有連續存儲的容器纔有capacity的概念(例如vector,deque,string),list不需要capacity。
    b、size是容器當前存儲的元素的數目。
    c、vector默認的容量初始值,以及增長規則是依賴於編譯器的。

6、用vector存儲自定義類對象時,自定義類對象須滿足:
    a、有可供調用的無參構造函數(默認的或自定義的);
    b、有可用的拷貝賦值函數(默認的或自定義的)

7、迭代器iterator
    a、vector與deque的迭代器支持算術運算,list的迭代器只能進行++/--操作,不支持普通的算術運算。

以下爲整個列表概述:

標準容器類 說明
順序性容器
vector 從後面快速的插入與刪除,直接訪問任何元素
deque 從前面或後面快速的插入與刪除,直接訪問任何元素
list 雙鏈表,從任何地方快速插入與刪除
關聯容器
set 快速查找,不允許重複值
multiset 快速查找,允許重複值
map 一對多映射,基於關鍵字快速查找,不允許重複值
multimap 一對多映射,基於關鍵字快速查找,允許重複值
容器適配器
stack 後進先出
queue 先進先出
priority_queue 最高優先級元素總是第一個出列

所有標準庫共有函數

默認構造函數 提供容器默認初始化的構造函數。
複製構造函數 將容器初始化爲現有同類容器副本的構造函數
析構函數 不再需要容器時進行內存整理的析構函數
empty 容器中沒有元素時返回true,否則返回false
max_size 返回容器中最大元素個數
size 返回容器中當前元素個數
operator= 將一個容器賦給另一個容器
operator< 如果第一個容器小於第二個容器,返回true,否則返回false,
operator<= 如果第一個容器小於或等於第二個容器,返回true,否則返回false
operator> 如果第一個容器大於第二個容器,返回true,否則返回false
operator>= 如果第一個容器大於或等於第二個容器,返回true,否則返回false
operator== 如果第一個容器等於第二個容器,返回true,否則返回false
operator!= 如果第一個容器不等於第二個容器,返回true,否則返回false
swap 交換兩個容器的元素

其中operator>,operator>=,operator<,operator<=,operator==,operator!=均不適用於priority_queue

順序容器和關聯容器共有函數

begin 該函數兩個版本返回iterator或const_iterator,引用容器第一個元素
end 該函數兩個版本返回iterator或const_iterator,引用容器最後一個元素後面一位
rbegin 該函數兩個版本返回reverse_iterator或const_reverse_iterator,引用容器最後一個元素
rend 該函數兩個版本返回reverse_iterator或const_reverse_iterator,引用容器第一個元素前面一位
erase 從容器中清除一個或幾個元素
clear 清除容器中所有元素

下表顯示了順序容器和關聯容器中常用的typedef,這些typedef常用於變量、參數和函數返回值的一般性聲明。

value_type 容器中存放元素的類型
reference 容器中存放元素類型的引用
const_reference 容器中存放元素類型的常量引用,這種引用只能讀取容器中的元素和進行const操作
pointer 容器中存放元素類型的指針
iterator 指向容器中存放元素類型的迭代器
const_iterator 指向容器中存放元素類型的常量迭代器,只能讀取容器中的元素
reverse_iterator 指向容器中存放元素類型的逆向迭代器,這種迭代器在容器中逆向迭代
const_reverse_iterator 指向容器中存放元素類型的逆向迭代器,只能讀取容器中的元素
difference_type 引用相同容器的兩個迭代器相減結果的類型(list和關聯容器沒有定義operator-)
size_type 用於計算容器中項目數和檢索順序容器的類型(不能對list檢索)

三、序列類容器

vector


    向量 相當於一個數組
    在內存中分配一塊連續的內存空間進行存儲。支持不指定vector大小的存儲。STL內部實現時,首先分配一個非常大的內存空間預備進行存儲,即capacituy()函數返回的大小,當超過此分配的空間時再整體重新放分配一塊內存存儲,這給人以vector可以不指定vector即一個連續內存的大小的感覺。通常此默認的內存分配能完成大部分情況下的存儲。
   優點:(1) 不指定一塊內存大小的數組的連續存儲,即可以像數組一樣操作,但可以對此數組
               進行動態操作。通常體現在push_back() pop_back()
               (2) 隨機訪問方便,即支持[ ]操作符和vector.at()
               (3) 節省空間。
   缺點:(1) 在內部進行插入刪除操作效率低。
               (2) 只能在vector的最後進行push和pop,不能在vector的頭進行push和pop。
               (3) 當動態添加的數據超過vector默認分配的大小時要進行整體的重新分配、拷貝與釋
                     放

2 list
    雙向鏈表
    每一個結點都包括一個信息快Info、一個前驅指針Pre、一個後驅指針Post。可以不分配必須的內存大小方便的進行添加和刪除操作。使用的是非連續的內存空間進行存儲。
   優點:(1) 不使用連續內存完成動態操作。
               (2) 在內部方便的進行插入和刪除操作
               (3) 可在兩端進行push、pop
   缺點:(1) 不能進行內部的隨機訪問,即不支持[ ]操作符和vector.at()
               (2) 相對於verctor佔用內存多

3 deque
   雙端隊列 double-end queue
   deque是在功能上合併了vector和list。
   優點:(1) 隨機訪問方便,即支持[ ]操作符和vector.at()
               (2) 在內部方便的進行插入和刪除操作
               (3) 可在兩端進行push、pop
   缺點:(1) 佔用內存多

使用區別:
     1 如果你需要高效的隨即存取,而不在乎插入和刪除的效率,使用vector
     2 如果你需要大量的插入和刪除,而不關心隨即存取,則應使用list
     3 如果你需要隨即存取,而且關心兩端數據的插入和刪除,則應使用deque

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