C++常見容器概述

以前的11個容器分別是

deque,list,queue,priority_queue,stack,vector,map,multimap,set,multiset,bitset

C++11新增:

array,forward_list,unordered_map,unordered_multimap,unordered_set,unordered_multiset

這裏只挑常用的講解。部分容器只作列表，沒作講述，持續更新。

以下內容只做大概的講述，詳情用法參考英文文檔 http://www.cplusplus.com/reference/s 或者中文文檔 http://classfoo.com/ccby/article/oC7Qu#sec_HL85sR

1.deque

deque雙向隊列是一種雙向開口的連續線性空間（雖說是連續性存儲空間，但這種連續性只是表面上的，實際上它的內存是動態分配的，它在堆上分配了一塊一塊的動態儲存區，每一塊動態存儲去本身是連續的，deque自身的機制把這一塊一塊的存儲區虛擬地連在一起。），可以高效的在頭尾兩端插入和刪除元素，deque在接口上和vector非常相似。

deque的實現比較複雜，內部會維護一個map（注意！不是STL中的map容器）即一小塊連續的空間，該空間中每個元素都是指針，指向另一段（較大的）區域，這個區域稱爲緩衝區，緩衝區用來保存deque中的數據。因此deque在隨機訪問和遍歷數據會比vector慢。

如果只是平時使用deque的話，可能就想不到其內部實現細節了。下面的圖片展示deque的內部結構設計：

可以看到，deque擁有一個bitmap結構（稱之爲map），map中每一個元素指向一塊連續的內存塊，後者纔是真正存儲deque元素的地方，因爲每個塊都是固定大小的，但是每個塊之間不要求是連續的，所以擴充空間的時候，就沒有vector那樣的副作用了。

鑑於deque的特殊設計，其迭代器也需要特殊設計，deque的iterator的設計結構如圖：

迭代器內部維護了四個指針，分別爲cur, first, last, node，具體在後面進行介紹。

deque的迭代器的設計，主要是讓其看起來像一個random access iterator，因此源碼主要各種operator的重載。內部結構分爲四個指針，分別爲cur, first, last, node。

在某一個時刻，迭代器肯定指向某個具體元素，而這個元素位於N段連續內存塊中的某一塊，其中node指向map結構中的一個節點（這個節點指向當前的內存塊），first指向當前內存塊的起始位置，cur指向當前內存塊中的特定元素節點，last指向當前內存塊的末尾位置，一圖抵千言，還是看圖來的明白：

deque的保存形式如下:
[堆1]
...
[堆2]
...
[堆3]
每個堆保存好幾個元素,然後堆和堆之間有指針指向,看起來像是list和vector的結合品,不過確實也是如此deque可以讓你在前面快速地添加刪除元素,或是在後面快速地添加刪除元素,然後還可以有比較高的隨機訪問速度.vector是可以快速地在最後添加刪除元素,並可以快速地訪問任意元素list是可以快速地在所有地方添加刪除元素,但是隻能快速地訪問最開始與最後的元素

另外要注意一點。對於deque和vector來說，儘量少用erase(pos)和erase(beg,end)。因爲這在中間刪除數據後會導致後面的數據向前移動，從而使效率低下。

它首次插入一個元素，默認會動態分配512字節空間，當這512字節空間用完後，它會再動態分配自己另外的512字節空間，然後虛擬地連在一起。deque的這種設計使得它具有比vector複雜得多的架構、算法和迭代器設計。它的性能損失比之vector，是幾個數量級的差別。所以說，deque要慎用.

deque在開始和最後添加元素都一樣快,並提供了隨機訪問方法,像vector一樣使用[]訪問任意元素,但是隨機訪問速度比不上vector快,因爲它要內部處理堆跳轉。deque也有保留空間.另外,由於deque不要求連續空間,所以可以保存的元素比vector更大,這點也要注意一下.還有就是在前面和後面添加元素時都

不需要移動其它塊的元素,所以性能也很高。

以下情形，最好採用deque：

1）需要在兩端插入和刪除元素。

2）無需引用容器內的元素。

3）要求容器釋放不再使用的元素。

2.list

list是雙向循環鏈表，，每一個元素都知道前面一個元素和後面一個元素。在STL中，list和vector一樣，是兩個常被使用的容器。和vector不一樣的是，list不支持對元素的任意存取。list中提供的成員函數與vector類似，不過list提供對錶首元素的操作push_front、pop_front，這是vector不具備的。和vector另一點不同的是，list的迭代器不會存在失效的情況，他不像vector會保留備份空間，在超過容量額度時重新全部分配內存，導致迭代器失效；list沒有備份空間的概念，出入一個元素就申請一個元素的空間，所以它的迭代器不會失效。

3.queue

隊列是一種特殊的線性表，它只允許在表的前端（front）進行刪除操作，而在表的後端（rear）進行插入操作。進行插入操作的端稱爲隊尾，進行刪除操作的端稱爲隊頭。隊列中沒有元素時，稱爲空隊列。在隊列這種數據結構中，最先插入在元素將是最先被刪除；反之最後插入的元素將最後被刪除，因此隊列又稱爲“先進先出”（FIFO—first in first out）的線性表。

4.priority_queue

5.stack

c++stack(堆棧）是一個容器的改編，它實現了一個先進後出的數據結構（FILO）

6.vector

vector是STL中最常見的容器，它是一種順序容器，支持隨機訪問。vector是一塊連續分配的內存，從數據安排的角度來講，和數組極其相似，不同的地方就是：數組是靜態分配空間，一旦分配了空間的大小，就不可再改變了；而vector是動態分配空間，隨着元素的不斷插入，它會按照自身的一套機制不斷擴充自身的容量。
vector的擴充機制：按照容器現在容量的一倍進行增長。vector容器分配的是一塊連續的內存空間，每次容器的增長，並不是在原有連續的內存空間後再進行簡單的疊加，而是重新申請一塊更大的新內存，並把現有容器中的元素逐個複製過去，然後銷燬舊的內存。這時原有指向舊內存空間的迭代器已經失效，所以當操作容器時，迭代器要及時更新。

詳情見 http://blog.csdn.net/saya_/article/details/49178021

7.map

C++中map容器提供一個鍵值對容器，map與multimap差別僅僅在於multiple允許一個鍵對應多個值。map是一類關聯式容器，它是模板類。關聯的本質在於元素的值與某個特定的鍵相關聯，而並非通過元素在數組中的位置類獲取。它的特點是增加和刪除節點對迭代器的影響很小，除了操作節點，對其他的節點都沒有什麼影響。對於迭代器來說，不可以修改鍵值，只能修改其對應的實值。

map的功能：

1.自動建立Key － value的對應。key 和 value可以是任意你需要的類型，但是需要注意的是對於key的類型，唯一的約束就是必須支持<操作符。
2.根據key值快速查找記錄，查找的複雜度基本是Log(N)，如果有1000個記錄，最多查找10次，1,000,000個記錄，最多查找20次。
3.快速插入Key - Value 記錄。
4.快速刪除記錄
5.根據Key 修改value記錄。
6.遍歷所有記錄。

8.multimap

9.set

關於set，必須說明的是set關聯式容器。set作爲一個容器也是用來存儲同一數據類型的數據類型，並且能從一個數據集合中取出數據，在set中每個元素的值都唯一，而且系統能根據元素的值自動進行排序。應該注意的是set中數元素的值不能直接被改變。C++ STL中標準關聯容器set, multiset, map, multimap內部採用的就是一種非常高效的平衡檢索二叉樹：紅黑樹，也成爲RB樹(Red-Black Tree)。RB樹的統計性能要好於一般平衡二叉樹，所以被STL選擇作爲了關聯容器的內部結構。

看下面的代碼

#include<iostream>
#include<set>

using namespace std;


int main()
{

	set<int> s;

	s.insert(2);
	s.insert(1);

	auto it=s.begin();
	*it = 2;//error,不能修改值

	for (auto x : s)
		cout << x << endl;
	return 0;
}

在set中查找是使用二分查找，也就是說，如果有16個元素，最多需要比較4次就能找到結果，有32個元素，最多比較5次。那麼有10000個呢？最多比較的次數爲log10000，最多爲14次，如果是20000個元素呢？最多不過15次。看見了吧，當數據量增大一倍的時候，搜索次數只不過多了1次，多了1/14的搜索時間而已。你明白這個道理後，就可以安心往裏面放入元素了。

10.multiset

11.bitset

有些程序要處理二進制位的有序集，每個位可能包含的是0（關）或1（開）的值。位是用來保存一組項或條件的yes/no信息（有時也稱標誌）的簡潔方法。標準庫提供了bitset類使得處理位集合更容易一些。注意下面的看不懂可以去我開頭推薦的網址，查看使用例子。

(constructor): Construct bitset (public member function) //構造bitset.. 格式 bitset<長度> 名字

applicable operators: Bitset operators (functions) //可以直接對bitset容器進行二進制操作，如 ^,|,~,<<,>>等等

operator[]: Access bit (public member function) //可以用如數組形式的賦值。bitset<4> b; b[0]=1;

set: Set bits (public member function)//默認將容器中所有值賦爲1，也可以將特定的位置賦給特定的值; 如 bitset<4> b; b.set(); //1111. b.set(2,0) // 1011.

reset: Reset bits (public member function) //默認將容器中所有值賦值爲0，也可以將特定位置賦特定的值

flip: Flip bits (public member function)//默認將容器中的數取反，1變0，0變1，也可以將特定位置取反bitset<4> b(string ("0001")); b.file(2); // 0101; b.file(); //1010

to_ulong: Convert to unsigned long integer (public member function) //將容器的值轉化成10進制的數

to_string: Convert to string (public member function) //將容器累的值轉爲字符串

count: Count bits set (public member function) //統計容器中1的個數

size: Return size (public member function) //容器的大小

test: Return bit value (public member function) //返回每個位置上的數

any: Test if any bit is set (public member function) //容器的值>0返回真，反之。

none: Test if no bit is set (public member function) //和any取反。容器的值==0返回真。反之

下面轉載一篇博客，原址是 http://blog.chinaunix.net/uid-24790746-id-252685.html

1.定義一個unsigned long型的副本
例：
unsigned long tmp = 1111;
bitset<32> bitvec(tmp);

那麼把bitvec對象給cout出來是：00000000000000000000000000001111嗎？

答案顯示是不對的，前幾天我馬虎了，原來bitset類的構造函數把tmp的十進制值給轉換到了二進制（10001010111），所以
bitvec輸出是：00000000000000000000010001010111。
如果想讓tmp直接輸出00000000000000000000000000001111的話，那麼只需將tmp更改爲十六進制0xf即可（unsgined long tmp = 0xf）。

2.定義一個string型的副本
例：
string str("1111");
bitset<32> bitvec(str);
那麼bitvec對象cout出來就是：00000000000000000000000000001111。
好了，我前幾天遇到的問題出來了，現在拿string型的副本來討論，現在bitset裏面到底是怎麼存儲str對象的字符串字面值呢？？
bitvec對象裏面存儲的是00000000000000000000000000001111，
還是11110000000000000000000000000000呢？
還沒遇到這個模糊問題的時候，我用cout輸出bitvec對象的值，跟我用for循環從bitvec對象的第0位輸出到第31位的結果竟然是不一樣的。。
當執行：cout << bitvec; //result = 00000000000000000000000000001111;
當執行：
for (unsigned int ix = 0; ix != 32; ++ix)
{
cout << bitvec[ix];
}
//result = 11110000000000000000000000000000
現在已經很清楚的知道，bitvec對象是把string對象裏面的值先轉換成二進制值，然後再倒過來存儲。
用1111可能看得不是很清楚，
那麼現在：
string str("1010");
bitset<32> bitvec(str);
通過上面那個for循環輸出的結果是：01010000000000000000000000000000,
這樣看起來就比較直觀了。一般平時要輸出bitset對象時，都是用cout輸出，因爲cout已經重載了各種各樣的運算符，用for循環輸出只是爲了更加深入的去理解bitset罷了。

#include <iostream>
#include <bitset>
/*順便提一下，這裏爲什麼不直接使用"using namespace std;"比較簡便了，因爲這樣對於比較大的程序來
說不是很好的習慣，因爲使用這句話雖然簡便了，但是這樣導致把std命名空間的所有標準庫函數都引進到程序文件裏，這樣如
果以後程序涉及到同名函數名或變量名，將會出現難以調試的錯誤*/
using std::cout;
using std::endl;
using std::bitset;
int main()
{
	bitset<32> bitvec("1010");
	//1.
	cout << bitvec;
	cout << endl;
	//2.
	for (int ix = 0; ix != bitvec.size(); ++ix)
	{
		cout << bitvec[ix];
	}
	cout << endl;
	//3.
	for (int ix = bitvec.size() - 1; ix != -1; --ix)
	{
		cout << bitvec[ix];
	}
	cout << endl;
	/*

	00000000000000000000000000001010
	01010000000000000000000000000000
	00000000000000000000000000001010

	*/
	return 0;
}

12.forward_list

13.unordered_map

14.unordered_multimap

15.unordered_set

16.unordered_multiset

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