C++基础知识(八:STL标准库(Vectors和list))

news2024/10/6 10:37:55

C++ STL (Standard Template Library标准模板库) 是通用类模板和算法的集合,它提供给程序员一些标准的数据结构的实现如 queues(队列), lists(链表), 和 stacks(栈)等.

STL容器的提供是为了让开发者可以更高效率的去开发,同时我们应该也需要知道他们的底层实现,这样在出现错误的时候我们才知道一些原因,才可以更好的去解决问题。

C++ STL 提供给程序员以下三类数据结构的实现:

  • 顺序结构  C++ Vectors  
    • C++ Lists  
    • C++ Double-Ended Queues 
  • 容器适配器  C++ Stacks  
    • C++ Queues  
    • C++ Priority Queues 
  • 联合容器  C++ Bitsets  
    • C++ Maps  
    • C++ Multimaps  
    • C++ Sets  
    • C++ Multisets 

【1】Vectors容器

vector的行为和数组类似,可以理解为顺序表

vector不需要判满,动态分配内存:如果存入新的数据,会再开辟一片更大的空间,把原来的内容拷贝过去

begin和end成员函数,返回起始位置和结尾位置的迭代器

front和back函数,返回起始位置和结尾位置的引用

1bool empty();
如果当前vector没有容纳任何元素,empty()函数返回true,否则返回false
2、size_type size();
size() 函数返回当前vector所容纳元素的数目
3、TYPE at( size_type loc );
at() 函数 返回当前Vector指定位置loc的元素的引用. at() 函数 比 [] 运算符更加安全, 因为它不会让你去访问到Vector内越界的元素
4、iterator begin();
begin()函数返回一个指向当前vector起始元素的迭代器
5、iterator end();
end() 函数返回一个指向当前vector末尾元素的下一位置的迭代器
6void push_back( const TYPE &val );
push_back()添加值为val的元素到当前vector末尾
7、size_type capacity();
capacity() 函数 返回当前vector在重新进行内存分配以前所能容纳的元素数量.
vector容器,会二倍扩容(如果当前容器的空间全部被占用了,再插入元素时,会按照此刻vector容器的空间进行二倍扩容)
8、TYPE front();
front()函数返回当前vector起始元素的引用
9、iterator insert( iterator loc, const TYPE &val );
在指定迭代器的前一个位置插入
10、 void assign( input_iterator start, input_iterator end );
给容器中的元素赋

找指定位置的迭代器:

由于容器类,只提供了找起始位置和结束位置的迭代器,所以找指定位置的迭代器,只能在已有迭代器的位置上自增,和指针的行为类似,访问元素需要解引用,但是不能和指针类型强转

容器名<数据类型> ::iterator  迭代器名;

vector会二倍扩容(代码中有详细注释)

【2】list容器

STL list 容器,又称双向链表容器,即该容器的底层是以双向链表的形式实现的。这意味着,list 容器中的元素可以分散存储在内存空间里,而不是必须存储在一整块连续的内存空间中。

1. begin()	
返回指向容器中第一个元素的双向迭代器。
2. end()	
返回指向容器中最后一个元素所在位置的下一个位置的双向迭代器。
3. rbegin()	
返回指向最后一个元素的反向双向迭代器。
4. rend()	
返回指向第一个元素所在位置前一个位置的反向双向迭代器。
5. cbegin()	
和 begin() 功能相同,只不过在其基础上,增加了 const 属性,不能用于修改元素。
6. cend()	
和 end() 功能相同,只不过在其基础上,增加了 const 属性,不能用于修改元素。
7. crbegin() 	
和 rbegin() 功能相同,只不过在其基础上,增加了 const 属性,不能用于修改元素。
8. crend()	
和 rend() 功能相同,只不过在其基础上,增加了 const 属性,不能用于修改元素。
9. empty()	
判断容器中是否有元素,若无元素,则返回 true;反之,返回 false。
10. size()	
返回当前容器实际包含的元素个数。
11. max_size()	
返回容器所能包含元素个数的最大值。这通常是一个很大的值,一般是 232-1,所以我们很少会用到这个函数。
12. front()	
返回第一个元素的引用。
13. back()	
返回最后一个元素的引用。
14. assign()	
用新元素替换容器中原有内容。
15. emplace_front()	
在容器头部生成一个元素。该函数和 push_front() 的功能相同,但效率更高。
16. push_front()	
在容器头部插入一个元素。
17. pop_front()	
删除容器头部的一个元素。
18. emplace_back()	
在容器尾部直接生成一个元素。该函数和 push_back() 的功能相同,但效率更高。
19. push_back()	
在容器尾部插入一个元素。
20. pop_back()	
删除容器尾部的一个元素。
21. emplace()	
在容器中的指定位置插入元素。该函数和 insert() 功能相同,但效率更高。
22. insert() 	
在容器中的指定位置插入元素。
23. erase()	
删除容器中一个或某区域内的元素。
24. swap()	
交换两个容器中的元素,必须保证这两个容器中存储的元素类型是相同的。
25. resize()	
调整容器的大小。
26. clear()	
删除容器存储的所有元素。
27. splice()	
将一个 list 容器中的元素插入到另一个容器的指定位置。
28. remove(val)
删除容器中所有等于 val 的元素。
29. remove_if()	
删除容器中满足条件的元素。
30. unique()	
删除容器中相邻的重复元素,只保留一个。
31. merge()	
合并两个事先已排好序的 list 容器,并且合并之后的 list 容器依然是有序的。
32. sort()	
通过更改容器中元素的位置,将它们进行排序。
33. reverse()	
反转容器中元素的顺序。1

由此可以理解,list 容器中各个元素的前后顺序是靠指针来维系的,每个元素都配备了 2 个指针,分别指向它的前一个元素和后一个元素。其中第一个元素的前向指针总为 null,因为它前面没有元素;同样,尾部元素的后向指针也总为 null。

这大概就是双向链表的样子,正常的链表只有一个指针指向他的下一个元素,而双向就是再单向的前提上加上一个指针,指向他前面的元素。

基于这样的存储结构,list 容器具有一些其它容器(array、vector 和 deque)所不具备的优势,即它可以在序列已知的任何位置快速插入或删除元素(时间复杂度为O(1))。并且在 list 容器中移动元素,也比其它容器的效率高。

使用 list 容器的缺点是,它不能像 array 和 vector 那样,通过位置直接访问元素。举个例子,如果要访问 list 容器中的第 6 个元素,它不支持容器对象名[6]这种语法格式,正确的做法是从容器中第一个元素或最后一个元素开始遍历容器,直到找到该位置。

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