序列容器

vector<T>1.以类似于普通数组的方式存储类型为 T 的对象，只是它的容量可以根据需要存储的对象个数进行调整。2.使用下标运算符[]可以像数组那样访问vector容器中的元素。3.vector容器的大小是其中元素的个数--调用size()来获得容器的大小； vector容器的容量是当前它可以包含的最大元素个数--调用capacity()来获得容器的大小。 （在创建特定容量的vector对象时，其大小和容量是相同的） 如：std::vector<int> a(10) (如果给vector添加一个或多个元素，其大小就会以某个比例增长，以容纳新元素，所以其容量就会大于其大小，一定不会小于其大小)4.只添加或删除序列尾的元素时，vector是最高效的。如果增大容量，vector会自动增长。5.可以在vector的开头和中间插入和删除元素，但其效率相当低。 (因为需要移动插入或删除点后面的所有元素，插入时还得在自由存储区中分配一个新内存空间)deque<T>1.deque是double-ended queue的缩写，这是其主要特性。2.可以使用下标运算符[]像数组那样访问deque容器中的元素。3.deque容器的大小总是等于其容量--调用size()来获取的；deque容器没有capacity()这个成员函数。4.deque优于vector容器的方面是可以在序列开头和末尾高效地添加或删除对象。5.deque容器使用起来比vector容器略慢。在deque序列的中间可以添加或删除元素，但过程比较慢，因为总要复制已有元素。list<T>1.list容器在链表中存储类型为 T 的元素。在序列中存储元素，并能在序列的中间插入或删除元素时，就应使用list容器。2.可以在序列的任意位置高效地插入和删除元素，无需移动已有元素。3.list容器的主要限制是随机访问元素比较慢，因为这需要从list的第一个元素或最后一个元素开始遍历整个list，查找每个元素。4.一般的STL sort()算法不能应用于list容器，因为它需要一个提供了随机访问元素功能的迭代器。 但是，仍可以使用内置的sort()函数对list容器的内容排序。 

1 vectors容器的能力size和capacity的区别：vector容器除了提供通用的三个跟元素数目有关的函数size(), empty()和max_size()，另外还提供了一个独特的capacity()函数，那么这个capacity()和size()的区别是什么呢？ * size(): 返回容器中实际的元素数目。 * capacity(): 返回容器在重新扩充内存之前可能容纳的最多元素数目。 * max_size(): 返回容器在当前系统框架下可能容纳的最多元素数目。我们可以理解为vector容器会预留一段内存空间，这个内存空间可能会容纳10个元素，但目前只插入了5个元素，那么size()返回的就是5，而 capacity()返回的就是10。当vector目前的内存空间不足以容纳新的元素时，就会自动扩充内存空间，而这个过程会产生两点影响： * 重新分配内存会使所有针对容器中元素的引用、指针和iterator失效。 * 重新分配内存会浪费时间，降低性能。为了不至于使扩充内存的现象频繁发生，我们可以根据需要提前为vecotor容器预留足够大的内存空间，可以使用reserve()函数来预留元素的内存空间：std::vector<int> col1; //create a empty vectorcol1.reserve(80); //reserve memory for 80 elements另外也可以通过为vector的构造函数传递参数来预留内存空间：std::vector<T> col1(10); //create a vector and initialize it with 10 elements //calls 10 times the default constructor of type T当然，使用这种方法的前提是容器元素类型必须提供缺省的构造函数。但是对于复杂的数据类型，这种初始化要占用一定的时间。如果你的目的仅仅是为了预留一定的元素空间，优先使用reserve()函数，它只是预留内存空间，并不进行元素的初始化。通过下面简单的例子我们就可以看的更清楚：#include <iostream>#include <vector>using namespace std;int main(){ vector<int> col1; col1.reserve(10); col1.push_back(2); col1.push_back(5); cout << "col1 size:" << col1.size() << endl; cout << "col1 capacity:" << col1.capacity() <<endl; cout << endl; vector<int> col2(10); cout <<"col2 size:" << col2.size() << endl; cout << "col2 capacity:" <<col2.capacity() <<endl;}运行结果如下：col1 size:2col2 capacity:10col2 size:10col2 capacity:10值得注意的是，vector容器可以扩充内存空间，却不可以缩小内存空间。给reserve()函数传递一个小于当前容器capacity值的参数是no-op（无效果操作）。正是因为vector容器不能缩小内存空间，所以当删除和修改元素时，可以保证被操作元素之前的针对该容器元素的所有引用、指针、iterator仍然有效；但是插入操作就不能保证这种有效性了。虽然不能直接缩小vector容器的capacity，但通过辅助手段还是可以一定程度缩小这个capacity值。当使用swap()交换两个 vector容器的内容时，其对应的capacity也相应交换。基于这个理论，我们可以设计下面的模板函数，用来在保留容器元素的情况下缩小容器的 capacity值：template <typename T>void shrinkCapacity(std::vector<T>& v){ std::vector<T> tmp(v); //copy elements into a new vector v.swap(tmp); //swap internal vector data}你也可以把上面函数浓缩成一个语句：std::vector<T>(v).swap(v); //shrink capacity of vector for type T2 vector容器的操作Element accessvector容器为元素的直接访问提供了四个操作符： * c.at(idx): 返回idx索引处的元素，进行索引值的有效性检查，如果超出了有效范围，抛出out_of_range异常。 * c[idx]: 返回idx索引处的元素，不进行索引值的有效性检查。 * c.front(): 返回第一个元素，不进行存在性检查。 * c.back(): 返回最后一个元素，不进行存在性检查。跟数组类似，vector容器的元素索引值也从0开始计数，所以最后一个元素的索引值是size()-1。对于nonconstant（非常量）vector容器，上面四个操作符返回对应元素的引用(reference)，可以通过这些操作符直接修改元素的值。值得注意的是，只有at()操作符进行索引值有效性检查，如果无效抛出out_of_range异常，其他三个操作符都不进行有效性检查，如果idx无效或者容器为空，那么[], front(), back()的行为没有定义（不确定）：std::vector<int> col1; //create a new empty vectorcol1[5] = 3; //runtime error? undefined behaviorcout << col1.front(); //runtime error? undefined behaviorcol1.at(5) = 3; //throws out_of_range exception所以，为了程序的健壮性，你必须自己进行有效性检查：std::vector<int> col1; ......if (col1.size() > 5){ col1[5] = 3;}if (!col1.empty()) { cout << col1.front();}3 vector容器作为普通数组虽然c++标准中没有明确地指出vector容器的元素是否排列在连续的内存空间中，但事实上这一点是得到保证的。所以下面语句对于有效的索引值i结果是为true:&v[i] == &v[0] + i这个保证意味着我们可以把vector容器作为普通的动态数组来使用，比如：std::vector<char> v;v.resize(41); //make room for 41 characters (include '/0')strcpy(&v[0], "hello, world!");printf("%s/n", &v[0]);当然在使用之前，我们要使用resize()或者reserve()来保证动态数组有足够的内存空间来容纳复制的数据。而且，当作为动态字符数组来使用时，要特别注意字符串后面要以'/0'字符结束。需要注意的是，不可以把第一个元素的Iterator作为第一个元素的地址来使用，因为iterator跟实现相关，它的含义可能跟普通指针大相径庭。printf("%s/n", v.begin()); //error!printf("%s/n", &v[0]); //ok!4 vector容器的异常处理针对vector容器的异常处理，c++标准库保证下面事项： * 使用push_back()插入元素发生异常，保证对容器内容没有影响。 * 使用insert()插入元素发生异常，如果插入元素的复制操作（拷贝构造函数和赋值操作）不会抛出异常，保证对容器内容没有影响。 * pop_back()不会抛出异常。 * erase()和clear()不会抛出异常。 * swap()不会抛出异常。 * 如果容器元素是简单数据类型，不使用复杂的c++特性，那么针对容器的操作要么成功，要么不会产生影响。

deque 容器在逻辑结构上跟vector容器非常相似，唯一的不同就是deque容器双向增长，在开头和结果插入删除元素都同样高效。但是在内部的实现结构上跟 vector容器大相径庭，deque容器的元素并不是分布在连续的内存空间中，而是分为多个不同的内存块，第一内存块和最后一个内存块在增长方向上刚好相反。1 deque容器的能力和vector容器相比，deque容器有下面一些能力特征： * 在容器开头和结尾插入和删除元素都同样高效。 * deque容器的内部结构跟vector容器不同，不是连续的平面结构，所以一般来说对deque容器元素的访问和iterator的移动操作跟vector相比有些缓慢。 * 因为deque容器的内部结构是由多个不同的内存块组成，所以deque的迭代器(iterator)不再可能是普通的指针，而是一种进行了封装的智能指针。 * 因为deque容器的内部结构是由多个不同的内存块组成，所以对于一些对内存块大小有限制的系统，deque容器容纳的最大元素数目可能要比vector多。也就是说max_size()的返回值可能比较大。 * deque 容器没有提供对自身的capacity进行的控制的外部接口，对内存的管理完全由自身负责。除了在容器开头和结尾插入和删除元素外，其他的插入和删除操作都会使对应的元素引用、指针和迭代器失效。因为deque容器的内部结构是由多个不同的内存块组成，所以在插入和删除操作上通常要比vector高效，因为不同移动所有的元素。 * deque容器的内存块当不再使用时，可能会被释放掉，所以跟vector容器的单项增长不同，deque容器的内存大小会缩减。但什么时机释放不再使用的内存块，决定于具体的实现。 * 跟vector容器相同，在中间插入和删除元素时效率较低。 * 跟vector容器相同，deque的iterator也是随机访问迭代器。综上所述，当下列需求吻合时，你应该选择deque容器： * 你需要在开头和结尾两个方向操作（插入、删除）元素。 * 你不需要引用(reference)容器中的元素。 * 你需要容器所占用的内存空间自动调整，特别是自动释放内存。2 deque容器的操作deque容器的操作接口跟vector容器极为相似，区别之处在以下两点： * deque容器不提供对capacity进行控制的接口（capacity()和reserve()函数）。 * deque容器提供了在容器开始位置操纵元素的接口push_front()和pop_front()。对于deque容器，仍然需要注意的两点是： * 对于随机元素访问操作符at(), [], front(), back(), 除了at()进行有效性检查外，其它操作符都不进行范围有效性检查，所以在使用时要特别小心。 * deque容器的插入和删除元素操作都有可能导致内存的重新分配，因此除了在容器开头和结尾插入删除元素外，其它时机都会使对应的元素引用、指针和迭代器失效，要特别注意。3 deque容器的异常处理deque容器对异常处理的支持跟vector容器基本相同，额外的push_front()和pop_front()接口行为分别对照push_back()和pop_back()接口。c++标准库提供了下面的说明： * 如果使用push_front()或者push_back()插入元素时发生了异常，保证对原有元素没有影响，容器保持原状。 * pop_front()和pop_back()不抛出任何异常。