泛型編程的代表作品STL是一種高效、泛型、可交互操作的軟件組件。STL以迭代器 (Iterators)和容器(Containers)爲基礎,是一種泛型算法(Generic Algorithms)庫,容器的存在使這些算法有東西可以操作。STL包含各種泛型算法(algorithms)、泛型迭代器(iterators)、泛型容器(containers)以及函數對象(function objects)。STL並非只是一些有用組件的集合,它是描述軟件組件抽象需求條件的一個正規而有條理的架構。
關於泛型的理解可以總結下面的一句話,它是把數據類型作爲一種參數傳遞進來。
下面重點關注容器類的總結:
C++中的容器類包括“順序存儲結構”和“關聯存儲結構”,前者包括vector,list,deque等;後者包括set,map,multiset,multimap等。若需要存儲的元素數在編譯器間就可以確定,可以使用數組來存儲,否則,就需要用到容器類了。
1、vector
連續存儲結構,每個元素在內存上是連續的;
支持高效的隨機訪問和在尾端插入/刪除操作,但其他位置的插入/刪除操作效率低下;
2、deque
連續存儲結構,即其每個元素在內存上也是連續的,類似於vector,不同之處在於,deque提供了兩級數組結構,第一級完全類似於vector,代表實際容器;另一級維護容器的首位地址。
這樣,deque除了具有vector的所有功能外,還支持高效的首端插入/刪除操作。
3、list
非連續存儲結構,具有雙鏈表結構,每個元素維護一對前向和後向指針,因此支持前向/後向遍歷。
支持高效的隨機插入/刪除操作,但隨機訪問效率低下,且由於需要額外維護指針,開銷也比較大。
4、vector V.S. list V.S. deque:
a、若需要隨機訪問操作,則選擇vector;
b、若已經知道需要存儲元素的數目, 則選擇vector;
c、若需要隨機插入/刪除(不僅僅在兩端),則選擇list
d、只有需要在首端進行插入/刪除操作的時候,才選擇deque,否則都選擇vector。
e、若既需要隨機插入/刪除,又需要隨機訪問,則需要在vector與list間做個折中。
f、當要存儲的是大型負責類對象時,list要優於vector;當然這時候也可以用vector來存儲指向對象的指針,同樣會取得較高的效率,但是指針的維護非常容易出錯,因此不推薦使用。
5、capacity V.S size
a、capacity是容器需要增長之前,能夠盛的元素總數;只有連續存儲的容器纔有capacity的概念(例如vector,deque,string),list不需要capacity。
b、size是容器當前存儲的元素的數目。
c、vector默認的容量初始值,以及增長規則是依賴於編譯器的。
6、用vector存儲自定義類對象時,自定義類對象須滿足:
a、有可供調用的無參構造函數(默認的或自定義的);
b、有可用的拷貝賦值函數(默認的或自定義的)
7、迭代器iterator
a、vector與deque的迭代器支持算術運算,list的迭代器只能進行++/--操作,不支持普通的算術運算。
以下爲整個列表概述:
標準容器類 |
說明 |
順序性容器 |
|
vector |
從後面快速的插入與刪除,直接訪問任何元素 |
deque |
從前面或後面快速的插入與刪除,直接訪問任何元素 |
list |
雙鏈表,從任何地方快速插入與刪除 |
關聯容器 |
|
set |
快速查找,不允許重複值 |
multiset |
快速查找,允許重複值 |
map |
一對多映射,基於關鍵字快速查找,不允許重複值 |
multimap |
一對多映射,基於關鍵字快速查找,允許重複值 |
容器適配器 |
|
stack |
後進先出 |
queue |
先進先出 |
priority_queue |
最高優先級元素總是第一個出列 |
所有標準庫共有函數
默認構造函數 |
提供容器默認初始化的構造函數。 |
複製構造函數 |
將容器初始化爲現有同類容器副本的構造函數 |
析構函數 |
不再需要容器時進行內存整理的析構函數 |
empty |
容器中沒有元素時返回true,否則返回false |
max_size |
返回容器中最大元素個數 |
size |
返回容器中當前元素個數 |
operator= |
將一個容器賦給另一個容器 |
operator< |
如果第一個容器小於第二個容器,返回true,否則返回false, |
operator<= |
如果第一個容器小於或等於第二個容器,返回true,否則返回false |
operator> |
如果第一個容器大於第二個容器,返回true,否則返回false |
operator>= |
如果第一個容器大於或等於第二個容器,返回true,否則返回false |
operator== |
如果第一個容器等於第二個容器,返回true,否則返回false |
operator!= |
如果第一個容器不等於第二個容器,返回true,否則返回false |
swap |
交換兩個容器的元素 |
其中operator>,operator>=,operator<,operator<=,operator==,operator!=均不適用於priority_queue
順序容器和關聯容器共有函數
begin |
該函數兩個版本返回iterator或const_iterator,引用容器第一個元素 |
end |
該函數兩個版本返回iterator或const_iterator,引用容器最後一個元素後面一位 |
rbegin |
該函數兩個版本返回reverse_iterator或const_reverse_iterator,引用容器最後一個元素 |
rend |
該函數兩個版本返回reverse_iterator或const_reverse_iterator,引用容器第一個元素前面一位 |
erase |
從容器中清除一個或幾個元素 |
clear |
清除容器中所有元素 |
下表顯示了順序容器和關聯容器中常用的typedef,這些typedef常用於變量、參數和函數返回值的一般性聲明。
value_type |
容器中存放元素的類型 |
reference |
容器中存放元素類型的引用 |
const_reference |
容器中存放元素類型的常量引用,這種引用只能讀取容器中的元素和進行const操作 |
pointer |
容器中存放元素類型的指針 |
iterator |
指向容器中存放元素類型的迭代器 |
const_iterator |
指向容器中存放元素類型的常量迭代器,只能讀取容器中的元素 |
reverse_iterator |
指向容器中存放元素類型的逆向迭代器,這種迭代器在容器中逆向迭代 |
const_reverse_iterator |
指向容器中存放元素類型的逆向迭代器,只能讀取容器中的元素 |
difference_type |
引用相同容器的兩個迭代器相減結果的類型(list和關聯容器沒有定義operator-) |
size_type |
用於計算容器中項目數和檢索順序容器的類型(不能對list檢索) |
8.序列類容器
(1)vector向量相當於一個數組
在內存中分配一塊連續的內存空間進行存儲。支持不指定vector大小的存儲。STL內部實現時,首先分配一個非常大的內存空間預備進行存儲,即capacity()函數返回的大小,當超過此分配的空間時再整體重新放分配一塊內存存儲,這給人以vector可以不指定vector即一個連續內存的大小的感覺。通常此默認的內存分配能完成大部分情況下的存儲。
優點:(1) 不指定一塊內存大小的數組的連續存儲,即可以像數組一樣操作,但可以對此數組進行動態操作。通常體現在push_back() pop_back()
(2) 隨機訪問方便,即支持[ ]操作符和vector.at()
(3) 節省空間。
缺點:(1) 在內部進行插入刪除操作效率低。
(2) 只能在vector的最後進行push和pop,不能在vector的頭進行push和pop。
(3) 當動態添加的數據超過vector默認分配的大小時要進行整體的重新分配、拷貝與釋放
(2)list 雙向鏈表
每一個結點都包括一個信息快Info、一個前驅指針Pre、一個後驅指針Post。可以不分配必須的內存大小方便的進行添加和刪除操作。使用的是非連續的內存空間進行存儲。
優點:(1) 不使用連續內存完成動態操作。
(2) 在內部方便的進行插入和刪除操作
(3) 可在兩端進行push、pop
缺點:(1) 不能進行內部的隨機訪問,即不支持[ ]操作符和vector.at()
(2) 相對於verctor佔用內存多
(3) deque 雙端隊列 double-end queue
deque是在功能上合併了vector和list。
優點:(1) 隨機訪問方便,即支持[ ]操作符和vector.at()
(2) 在內部方便的進行插入和刪除操作
(3) 可在兩端進行push、pop
缺點:(1) 佔用內存多
使用區別:
1)如果你需要高效的隨即存取,而不在乎插入和刪除的效率,使用vector
2)如果你需要大量的插入和刪除,而不關心隨機存取,則應使用list
3)如果你需要隨機存取,而且關心兩端數據的插入和刪除,則應使用deque