C++中的容器类详解

爱被打了一巴掌 2022-07-15 00:22 180阅读 0赞

C++中的容器类包括“顺序存储结构”和“关联存储结构”，前者包括vector，list，deque等；后者包括set，map，multiset，multimap等。若需要存储的元素数在编译器间就可以确定，可以使用数组来存储，否则，就需要用到容器类了。

**1、vector**

连续存储结构，每个元素在内存上是连续的；

支持高效的**随机访问**和在**尾端插入/删除**操作，但其他位置的插入/删除操作效率低下；

**2、deque**

连续存储结构，即其每个元素在内存上也是连续的，类似于vector，不同之处在于，deque提供了两级数组结构，第一级完全类似于vector，代表实际容器；另一级维护容器的首位地址。

这样，deque除了具有vector的所有功能外，还支持高效的**首端插入/删除**操作。

**3、list**

非连续存储结构，具有双链表结构，每个元素维护一对前向和后向指针，因此支持前向/后向遍历。

支持高效的**随机插入/删除**操作，但随机访问效率低下，且由于需要额外维护指针，开销也比较大。

**4、vector V.S. list V.S. deque：**

a、若需要随机访问操作，则选择vector；

b、若已经知道需要存储元素的数目， 则选择vector；

c、若需要随机插入/删除（不仅仅在两端），则选择list

d、**只有**需要在首端进行插入/删除操作的时候，才选择deque，否则都选择vector。

e、若既需要随机插入/删除，又需要随机访问，则需要在vector与list间做个折中。

f、当要存储的是大型负责类对象时，list要优于vector；当然这时候也可以用vector来存储指向对象的指针，同样会取得较高的效率，但是指针的维护非常容易出错，因此不推荐使用。

**5、capacity V.S size**

a、capacity是容器需要增长之前，能够盛的元素总数；只有连续存储的容器才有capacity的概念（例如vector，deque，string），list不需要capacity。

b、size是容器当前存储的元素的数目。

c、vector默认的容量初始值，以及增长规则是依赖于编译器的。

**6、用vector存储自定义类对象时，自定义类对象须满足：**

a、有可供调用的无参构造函数（默认的或自定义的）；

b、有可用的拷贝赋值函数（默认的或自定义的）

**7、迭代器iterator**

a、vector与deque的迭代器支持算术运算，list的迭代器只能进行++/--操作，不支持普通的算术运算。

**以下为整个列表概述：**

<table style="color:rgb(102,102,102)"> 
 <tbody> 
 <tr> 
 <td> 标准容器类 </td> 
 <td> 说明 </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td colspan="2"> 顺序性容器 </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td> vector </td> 
 <td> 从后面快速的插入与删除，直接访问任何元素 </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td> deque </td> 
 <td> 从前面或后面快速的插入与删除，直接访问任何元素 </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td> list </td> 
 <td> 双链表，从任何地方快速插入与删除 </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td colspan="2"> 关联容器 </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td> set </td> 
 <td> 快速查找，不允许重复值 </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td> multiset </td> 
 <td> 快速查找，允许重复值 </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td> map </td> 
 <td> 一对多映射，基于关键字快速查找，不允许重复值 </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td> multimap </td> 
 <td> 一对多映射，基于关键字快速查找，允许重复值 </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td colspan="2"> 容器适配器 </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td> stack </td> 
 <td> 后进先出 </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td> queue </td> 
 <td> 先进先出 </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td> priority_queue </td> 
 <td> 最高优先级元素总是第一个出列 </td> 
 </tr> 
 </tbody> 
</table>

**所有标准库共有函数**

<table style="color:rgb(102,102,102)"> 
 <tbody> 
 <tr> 
 <td> 默认构造函数 </td> 
 <td> 提供容器默认初始化的构造函数。 </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td> 复制构造函数 </td> 
 <td> 将容器初始化为现有同类容器副本的构造函数 </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td> 析构函数 </td> 
 <td> 不再需要容器时进行内存整理的析构函数 </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td> empty </td> 
 <td> 容器中没有元素时返回true,否则返回false </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td> max_size </td> 
 <td> 返回容器中最大元素个数 </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td> size </td> 
 <td> 返回容器中当前元素个数 </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td> operator= </td> 
 <td> 将一个容器赋给另一个容器 </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td> operator&lt; </td> 
 <td> 如果第一个容器小于第二个容器，返回true，否则返回false， </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td> operator&lt;= </td> 
 <td> 如果第一个容器小于或等于第二个容器，返回true，否则返回false </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td> operator&gt; </td> 
 <td> 如果第一个容器大于第二个容器，返回true，否则返回false </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td> operator&gt;= </td> 
 <td> 如果第一个容器大于或等于第二个容器，返回true，否则返回false </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td> operator== </td> 
 <td> 如果第一个容器等于第二个容器，返回true，否则返回false </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td> operator!= </td> 
 <td> 如果第一个容器不等于第二个容器，返回true，否则返回false </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td> swap </td> 
 <td> 交换两个容器的元素 </td> 
 </tr> 
 </tbody> 
</table>

其中operator>,operator>=,operator<,operator<=,operator==,operator!=均不适用于priority\_queue

**顺序容器和关联容器共有函数**

<table style="color:rgb(102,102,102)"> 
 <tbody> 
 <tr> 
 <td> begin </td> 
 <td> 该函数两个版本返回iterator或const_iterator，引用容器第一个元素 </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td> end </td> 
 <td> 该函数两个版本返回iterator或const_iterator,引用容器最后一个元素后面一位 </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td> rbegin </td> 
 <td> 该函数两个版本返回reverse_iterator或const_reverse_iterator,引用容器最后一个元素 </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td> rend </td> 
 <td> 该函数两个版本返回reverse_iterator或const_reverse_iterator，引用容器第一个元素前面一位 </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td> erase </td> 
 <td> 从容器中清除一个或几个元素 </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td> clear </td> 
 <td> 清除容器中所有元素 </td> 
 </tr> 
 </tbody> 
</table>

下表显示了顺序容器和关联容器中常用的typedef，这些typedef常用于变量、参数和函数返回值的一般性声明。

<table style="color:rgb(102,102,102)"> 
 <tbody> 
 <tr> 
 <td> value_type </td> 
 <td> 容器中存放元素的类型 </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td> reference </td> 
 <td> 容器中存放元素类型的引用 </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td> const_reference </td> 
 <td> 容器中存放元素类型的常量引用，这种引用只能读取容器中的元素和进行const操作 </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td> pointer </td> 
 <td> 容器中存放元素类型的指针 </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td> iterator </td> 
 <td> 指向容器中存放元素类型的迭代器 </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td> const_iterator </td> 
 <td> 指向容器中存放元素类型的常量迭代器，只能读取容器中的元素 </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td> reverse_iterator </td> 
 <td> 指向容器中存放元素类型的逆向迭代器，这种迭代器在容器中逆向迭代 </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td> const_reverse_iterator </td> 
 <td> 指向容器中存放元素类型的逆向迭代器，只能读取容器中的元素 </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td> difference_type </td> 
 <td> 引用相同容器的两个迭代器相减结果的类型（list和关联容器没有定义operator-） </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td> size_type </td> 
 <td> 用于计算容器中项目数和检索顺序容器的类型（不能对list检索） </td> 
 </tr> 
 </tbody> 
</table>

**8.序列类容器**

**(1)vector**向量相当于一个数组

在内存中分配一块连续的内存空间进行存储。支持不指定vector大小的存储。STL内部实现时，首先分配一个非常大的内存空间预备进行存储，即capacity（）函数返回的大小，当超过此分配的空间时再整体重新放分配一块内存存储，这给人以vector可以不指定vector即一个连续内存的大小的感觉。通常此默认的内存分配能完成大部分情况下的存储。

优点：(1) 不指定一块内存大小的数组的连续存储，即可以像数组一样操作，但可以对此数组进行动态操作。通常体现在push\_back() pop\_back()

(2) 随机访问方便，即支持\[ \]操作符和vector.at()

(3) 节省空间。

缺点：(1) 在内部进行插入删除操作效率低。

(2) 只能在vector的最后进行push和pop，不能在vector的头进行push和pop。

(3) 当动态添加的数据超过vector默认分配的大小时要进行整体的重新分配、拷贝与释放

**(2)list** 双向链表

每一个结点都包括一个信息快Info、一个前驱指针Pre、一个后驱指针Post。可以不分配必须的内存大小方便的进行添加和删除操作。使用的是非连续的内存空间进行存储。

优点：(1) 不使用连续内存完成动态操作。

(2) 在内部方便的进行插入和删除操作

(3) 可在两端进行push、pop

缺点：(1) 不能进行内部的随机访问，即不支持\[ \]操作符和vector.at()