C++基础知识(八:STL标准库(Vectors和list))

简介: 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。


目录

【1】Vectors容器

【2】list容器


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

image.gif 编辑

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

at(idx)      传回索引idx所指的数据,如果idx越界,抛出out_of_range。
back()       返回最后一个原始,不检查这个数据是否存在。
front()      返回第一个元素。
swap()      交换两个Vector。
push_back()     在Vector最后添加一个元素。
pop_back()      它从向量中删除最后一个元素。
empty()    判断Vector是否为空(返回true时为空)
insert()     它将在指定位置插入新元素。
erase()     删除指定的元素。
resize()     它修改向量的大小。
clear()      它从向量中删除所有元素。
size()        返回Vector元素数量的大小。
capacity() 返回vector所能容纳的元素数量(在不重新分配内存的情况下)
assign()    它将新值分配给向量。
operator=()      它将新值分配给向量容器。
operator[]()     它访问指定的元素。
end()        返回最末元素的迭代器(实指向最末元素的下一个位置)
emplace()        它将在位置pos之前插入一个新元素。
emplace_back()      它在末尾插入一个新元素。
rend()       它指向向量的第一个元素之前的元素。
rbegin()    它指向向量的最后一个元素。
begin()     返回第一个元素的迭代器。
max_size()       返回Vector所能容纳元素的最大数量(上限)。
cend()      它指向量中的last-last-element。
cbegin()   它指向量的第一个元素。
crbegin()  它指的是向量的最后一个字符。
crend()     它指的是向量的第一个元素之前的元素。
data()       它将向量的数据写入数组。
shrink_to_fit() 它减少了容量并使它等于向量的大小。

image.gif

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

image.gif

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。

image.gif 编辑

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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