c++ STL 容器

參考:STL源碼分析

(一)vector容器
vector的數據安排以及操作方式,與array非常相似。兩者的唯一區別在於空間的運用的靈活性。array是靜態空間,一旦配置了就不能改變。vector是動態空間,隨着元素的加入,它的內部機制會自行擴充空間以容納新元素。因此,vector的運用對於內存的合理利用與運用的靈活性有很大的幫助,我們再也不必因爲害怕空間不足而一開始要求一個大塊的array。

vector動態增加大小,並不是在原空間之後持續新空間(因爲無法保證原空間之後尚有可供配置的空間),而是以原大小的兩倍另外配置一塊較大的空間,然後將原內容拷貝過來,然後纔開始在原內容之後構造新元素,並釋放原空間。因此,對vector的任何操作,一旦引起空間重新配置,指向原vector的所有迭代器就都失效了。

(二)list容器
相對於vector的連續空間,list就顯得複雜許多,它的好處是每次插入或刪除一個元素,就配置或釋放一個元素空間。因此,list對於空間的運用有絕對的精準,一點也不浪費。而且,對於任何位置的元素插入或元素移除,list永遠是常數時間。STL中的list是一個雙向鏈表,而且是一個環狀雙向鏈表。

(三)deque容器
 deque 是一種雙向開口的連續線性空間。所謂雙向開口,意思是可以在隊尾兩端分別做元素的插入和刪除操作。deque和vector的最大差異,一在於deque允許於常數時間內對起頭端進行元素的插入或移除操作,二在於deque沒有所謂容量觀念,因爲它是動態地以分段連續空間組合而成,隨時可以增加一段新的空間並鏈接在一起。換句話說,像vector那樣"因舊空間不足而重新配置一塊更大空間,然後複製元素,再釋放舊空間"這樣的事情在 deque是不會發生的。

deque是由一段一段的定量連續空間構成。一旦有必要在deque的前端或尾端增加新空間,便配置一段定量連續空間,串接在整個deque的頭端或尾端。deque的最大任務,便是在這些分段的定量連續空間上,維護其整體連續的假象,並提供隨機存取的接口。避開了"重新配置,複製,釋放"的輪迴,代價則是複雜的迭代器架構。因爲有分段連續線性空間,就必須有中央控制,而爲了維持整體連續的假象,數據結構的設計及迭代器前進後退等操作都頗爲繁瑣。

deque採用一塊所謂的map作爲主控。這裏的map是一小塊連續空間,其中每個元素都是指針,指向另一段連續線性空間,稱爲緩衝區。緩衝區纔是deque的存儲空間主體。SGI STL允許我們指定緩衝區大小,默認值0表示將使用512 bytes緩衝區。

(四)stack
stack 是一種先進後出(First In Last Out , FILO)的數據結構。它只有一個出口,stack 允許新增元素,移除元素,取得最頂端元素。但除了最頂端外,沒有任何其它方法可以存取stack的其它元素,stack不允許遍歷行爲。

以某種容器作爲底部結構,將其接口改變,使之符合“先進後出”的特性,形成一個stack,是很容易做到的。deque是雙向開口的數據結構,若以deque爲底部結構並封閉其頭端開口,便輕而易舉地形成了一個stack.因此,SGI STL 便以deque作爲缺省情況下的stack底部結構,由於stack 系以底部容器完成其所有工作,而具有這種"修改某物接口,形成另一種風貌"之性質者,稱爲adapter(配接器),因此,STL stack 往往不被歸類爲container(容器),而被歸類爲 container adapter.

(五) queue
queue是一種先進先出(First In First Out,FIFO) 的數據結構。它有兩個出口,queue允許新增元素,移除元素,從最底端加入元素,取得最頂端元素。但除了最底端可以加入,最頂端可以取出外,沒有任何其它方法可以存取queue的其它元素。

以某種容器作爲底部結構,將其接口改變,使之符合“先進先出”的特性,形成一個queue,是很容易做到的。deque是雙向開口的數據結構,若以 deque爲底部結構並封閉其底部的出口和前端的入口,便輕而易舉地形成了一個queue.因此,SGI STL 便以deque作爲缺省情況下的queue底部結構,由於queue 系以底部容器完成其所有工作,而具有這種"修改某物接口,形成另一種風貌"之性質者,稱爲adapter(配接器),因此,STL queue往往不被歸類爲container(容器),而被歸類爲 container adapter.

(六)heap
heap並不歸屬於STL容器組件,它是個幕後英雄,扮演priority queue的助手。priority queue允許用戶以任何次序將任何元素推入容器中,但取出時一定按從優先權最高的元素開始取。按照元素的排列方式,heap可分爲max-heap和min-heap兩種,前者每個節點的鍵值(key)都大於或等於其子節點鍵值,後者的每個節點鍵值(key)都小於或等於其子節點鍵值。因此, max-heap的最大值在根節點,並總是位於底層array或vector的起頭處;min-heap的最小值在根節點,亦總是位於底層array或vector起頭處。STL 供應的是max-heap,用c++實現。
堆排序c語言實現
http://www.cppblog.com/tankzhouqiang/archive/2011/03/21/142413.html


(七)priority_queue
priority_queue是一個擁有權值觀念的queue,它允許加入新元素,移除舊元素,審視元素值等功能。由於這是一個queue,所以只允許在底端加入元素,並從頂端取出元素,除此之外別無其它存取元素的途徑。priority_queue帶有權值觀念,其內的元素並非依照被推入的次序排列,而是自動依照元素的權值排列(通常權值以實值表示)。權值最高者,排在最前面。缺省情況下priority_queue系利用一個max-heap完成,後者是一個以vector表現的 complete binary tree.max-heap可以滿足priority_queue所需要的"依權值高低自動遞減排序"的特性。
priority_queue完全以底部容器作爲根據,再加上heap處理規則,所以其實現非常簡單。缺省情況下是以vector爲底部容器。queue以底部容器完成其所有工作。具有這種"修改某物接口,形成另一種風貌"之性質者,稱爲adapter(配接器),因此,STL priority_queue往往不被歸類爲container(容器),而被歸類爲container adapter.

(八)set,multiset
set的特性是,所有元素都會根據元素的鍵值自動被排序。set的元素不像map那樣可以同時擁有實值(value)和鍵值(key), set 元素的鍵值就是實值,實值就是鍵值,set不允許兩個元素有相同的值。set是通過紅黑樹來實現的,由於紅黑樹(RB-tree)是一種平衡二叉搜索樹,自動排序的效果很不錯,所以標準的STL的set即以RB-Tree爲底層機制。又由於set所開放的各種操作接口,RB-tree也都提供了,所以幾乎所有的set操作行爲,都只有轉調用RB-tree的操作行爲而已。

multiset的特性以及用法和set完全相同,唯一的差別在於它允許鍵值重複,因此它的插入操作採用的是底層機制RB-tree的insert_equal()而非insert_unique().

(九)map,multimap
map的特性是,所有元素都會根據元素的鍵值自動被排序。map的所有元素都是pair,同時擁有實值(value)和鍵值(key).  pair的第一元素被視爲鍵值,第二元素被視爲實值。map不允許兩個元素擁有相同的鍵值.由於RB-tree是一種平衡二叉搜索樹,自動排序的效果很不錯,所以標準的STL map即以RB-tree爲底層機制。又由於map所開放的各種操作接口,RB-tree也都提供了,所以幾乎所有的map操作行爲,都只是轉調RB-tree的操作行爲。
multimap的特性以及用法與map完全相同,唯一的差別在於它允許鍵值重複,因此它的插入操作採用的是底層機制RB-tree的insert_equal()而非insert_unique。

轉自:http://www.cppblog.com/tankzhouqiang/archive/2011/06/02/147939.html

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