c++容器

C++中的容器大致可以分为两个大类：顺序容器和关联容器。顺序容器中有包含有顺序容器适配器。
顺序容器：将单一类型元素聚集起来成为容器，然后根据位置来存储和访问这些元素。主要有vector、list、deque（双端队列）。顺序容器适配器：stack、queue和priority_queue。
关联容器：支持通过键来高效地查找和读取元素。主要有：pair、set、map、multiset和multimap。
接下来依次对于各种容器做详细的介绍。

一、顺序容器

1、顺序容器定义
为了定义一个容器类型的对象，必须先包含相关的头文件：
      定义vector：#include <vector>
      定义list：#include <list>
      定义deque：#include <deque>

定义示例

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vector<int> vi;

list<int> li;

deque<int> di;

2、顺序容器初始化

初始化示例：

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//初始化为一个容器的副本

vector<int> vi;

vector<int> vi2(vi); //利用vi来初始化vi2

//初始化为一段元素的副本

char*words[] = {"stately","plump","buck","mulligan"};

size_twords_size = sizeof(words)/sizeof(char*);

list<string> words2(words, words + words_size);

//分配和初始化指定数目的元素

constlist<int>::size_type list_size = 64;

list<string> slist(list_size, "a");// 64 strings, each is a

3、顺序容器支持的指针运算

①所有顺序都支持的指针运行

②vector 和 deque 容器的迭代器提供额外的运算

③迭代器失效：一些容器操作会修改容器的内在状态或移动容器内的元素。这样的操作使所有指向被移动的元素的迭代器失效，也可能同时使其他迭代器失效。使用无效迭代器是没有定义的，可能会导致与悬垂指针相同的问题。

④begin和end成员：begin和end操作产生指向容器内第一个元素和最后一个元素的下一位置的迭代器。

3、顺序容器操作

①添加元素

添加元素示例：

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//在容器首部或者尾部添加数据

list<int> ilist;

ilist.push_back(ix);//尾部添加

ilist.push_front(ix);//首部添加

//在容器中指定位置添加元素

list<string> lst;

list<string>::iterator iter = lst.begin();

while(cin >> word)

iter = lst.insert(iter, word); // 和push_front意义一样

//插入一段元素

list<string> slist;

string sarray[4] = {"quasi","simba","frollo","scar"};

slist.insert(slist.end(), 10, "A");//尾部前添加十个元素都是A

list<string>::iterator slist_iter = slist.begin();

slist.insert(slist_iter, sarray+2, sarray+4);//指针范围添加

②容器大小的操作

示例：

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list<int> ilist(10, 1);

ilist.resize(15);// 尾部添加五个元素，值都为0

ilist.resize(25, -1); // 再在尾部添加十个元素，元素为-1

ilist.resize(5);// 从尾部删除20个元素

③访问元素

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intvector<int> vi;

for(inti=0;i<10;i++)vi.push_back(i);

cout<<vi[0]<<endl;

cout<<vi.at(0)<<endl;

cout<<vi[10]<<endl;//越界错误

cout<<vi.at(10)<<endl;//越界错误

④删除元素

示例：

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//删除第一个或最后一个元素

list<int> li;

for(inti=0;i<10;i++)list.push_back(i);

li.pop_front();//删除第一个元素

li.pop_back();//删除最后一个元素

//删除容器内的一个元素

list<int>::iterator iter =li.begin();

if(iter!= li.end())li.erase(iter);

//删除容器内所有元素

li.clear();

⑤赋值与swap

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list<string> sl1,sl2;

for(inti=0;i<10;i++)sl2.push_back("a");

sl1.assign(sl2.begin(),sl2.end());//用sl2的指针范围赋值，sl1中十个元素都为a

sl1.assign(10,"A");//s1被重新赋值，拥有十个元素，都为A

swap示例：

vector<string> vs1(3); // vs1有3个元素
vector<string> vs(5); // vs2有5个元素
vs1.swap(vs2);//执行后,vs1中5个元素，而vs2则存3个元素。

⑥vector的自增长：capacity 和 reserve 成员

为了提高vector的效率，不用每次添加元素都重新分配空间。vector会在分配空间时候预分配大于需要的空间。vector 类提供了两个成员函数：capacity 和reserve 使程序员可与 vector 容器内存分配的实现部分交互工作。
capacity操作：获取在容器需要分配更多的存储空间之前能够存储的元素总数
reserve操作：告诉vector容器应该预留多少个元素的存储空间

capacity（容量）与size（长度）的区别：size指容器当前拥有的元素个数，而capacity则指容器在必须分配新存储空间之前可以存储的元素总数。capacity是比size大的一般情况下。
示例：

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vector<int> ivec;

cout << "ivec: size: " << ivec.size()

<<" capacity: " << ivec.capacity() << endl;//都为0

for(vector<int>::size_type ix = 0; ix != 24; ++ix)ivec.push_back(ix);

cout << "ivec: size: " << ivec.size()

<<" capacity: " << ivec.capacity() << endl;//capacity大于size

可以通过函数reserve()来操作预留空间

//在之前一段代码的基础上
ivec.reserve（ivec.capacity()+50）;//为ivec增加了50的预留空间

另外：如果不手动操作来预留空间，每当 vector 容器不得不分配新的存储空间时，以加倍当前容量的分配策略实现重新分配。

4、容器的选用
选择容器类型的常规法则：
①如果程序要求随机访问元素，则应使用 vector 或 deque 容器。
②如果程序必须在容器的中间位置插入或删除元素，则应采用 list 容器。
③如果程序不是在容器的中间位置，而是在容器首部或尾部插入或删除元素，则应采用 deque 容器。
④如果只需在读取输入时在容器的中间位置插入元素，然后需要随机访问元素，则可考虑在输入时将元素读入到一个 list 容器，接着对此容器重新排序，使其适合顺序访问，然后将排序后的 list 容器复制到一个 vector容器。
如果程序既需要随机访问又必须在容器的中间位置插入或删除元素，选择何种容器取决于下面两种操作付出的相对代价：随机访问 list 容器元素的代价，以及在 vector 或 deque 容器中插入／删除元素时复制元素的代价。通常来说，应用中占优势的操作（程序中更多使用的是访问操作还是插入／删除操作）将决定应该什么类型的容器。

5、容器适配器

①适配器通用的操作和类型

②适配器的初始化
所有适配器都定义了两个构造函数：默认构造函数用于创建空对象，而带一个容器参数的构造函数将参数容器的副本作为其基础值。

默认的stack和queue都基于deque容器实现，而priority_queue则在vector容器上实现。
示例：

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vector<int> vi;

deque<int> deq;

stack<int> stk(deq); //用deq初始化stk

stack<int> stk1(vi); //报错

③适配器的操作
栈适配器：

队列和优先级队列：

二、关联容器

1、pair

①pairs类型提供的操作

②pairs类型定义和初始化

pair<string, string> test("A", "B");

③pairs其他操作

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//pairs对象的操作

string firstBook;

if(author.first == "James"&& author.second == "Joyce")firstBook = "Stephen Hero";

//生成新的pair对象

pair<string, string> next_auth;

next_auth = make_pair("A","B");//第一种方法

next_auth = pair<string, string>("A","B");//第二种方法

cin>>next_auth.first>>next_auth.second;//第三种方法

2、map

map 是键－值对的集合。map 类型通常可理解为关联数组：可使用键作为下标来获取一个值，正如内置数组类型一样。而关联的本质在于元素的值与某个特定的键相关联，而并非通过元素在数组中的位置来获取。

①map对象的定义

map<string, int> word_count;

这个语句定义了一个名为 word_count 的 map 对象，由 string 类型的键索引，关联的值则int型。
map访问：对迭代器进行解引用时，将获得一个引用，指向容器中一个pair<const string,int>类
型的值。通过pair类型的访问方式进行访问。

②map的构造函数

③键类型的约束
在使用关联容器时，它的键不但有一个类型，而且还有一个相关的比较函数。所用的比较函数必须在键类型上定义严格弱排序（strict weak ordering）：可理解为键类型数据上的“小于”关系，虽然实际上可以选择将比较函数设计得更复杂。
对于键类型，唯一的约束就是必须支持 < 操作符，至于是否支持其他的关系或相等运算，则不作要求。

④map类定义的类型

value_type是存储元素的键以及值的pair类型，而且键为const。例如，word_count 数组的value_type 为pair<const string,int> 类型。value_type 是 pair 类型，它的值成员可以修改，但键成员不能修改。

⑤map添加元素
添加元素有两种方法：1、先用下标操作符获取元素，然后给获取的元素赋值 2、使用insert成员函数实现
下标操作添加元素：如果该键已在容器中，则 map 的下标运算与 vector 的下标运算行为相同：返回该键所关联的值。只有在所查找的键不存在时，map 容器才为该键创建一个新的元素，并将它插入到此 map 对象中。此时，所关联的值采用值初始化：类类型的元素用默认构造函数初始化，而内置类型的元素初始化为 0。
insert 操作：

示例：

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word_count.insert(map<string,int>::value_type("Anna", 1));

word_count.insert(make_pair("Anna", 1));

insert的返回值：包含一个迭代器和一个bool值的pair对象，其中迭代器指向map中具有相应键的元素，而bool值则表示是否插入了该元素。如果该键已在容器中，则其关联的值保持不变，返回的bool值为true。在这两种情况下，迭代器都将指向具有给定键的元素。

pair<map<string, int>::iterator, bool> ret =
word_count.insert(make_pair(word, 1));

ret存储insert函数返回的pair对象。该pair的first成员是一个map迭代器，指向插入的键。ret.first从insert返回的pair对象中获取 map 迭代器；ret.second从insert返回是否插入了该元素。

⑥查找并读取map中的元素
map中使用下标存在一个很危险的副作用：如果该键不在 map 容器中，那么下标操作会插入一个具有该键的新元素。所以map 容器提供了两个操作：count 和 find，用于检查某个键是否存在而不会插入该键。

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intoccurs = 0;

if(word_count.count("foobar"))occurs = word_count["foobar"];

map<string,int>::iterator it = word_count.find("foobar");

if(it != word_count.end())occurs = it->second;

⑦从map对象中删除元素

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string removal_word = "a";

if(word_count.erase(removal_word))

cout << "ok: " << removal_word << " removed\n";

elsecout << "oops: " << removal_word << " not found!\n";

3、set

①set容器的定义和使用
set 容器的每个键都只能对应一个元素。以一段范围的元素初始化set对象，或在set对象中插入一组元素时，对于每个键，事实上都只添加了一个元素。

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vector<int> ivec;

for(vector<int>::size_type i = 0; i != 10; ++i) {

ivec.push_back(i);

ivec.push_back(i);

}

set<int> iset(ivec.begin(), ivec.end());

cout << ivec.size() << endl; //20个

cout << iset.size() << endl; // 10个

②在set中添加元素

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set<string> set1;

set1.insert("the");//第一种方法：直接添加

set<int> iset2;

iset2.insert(ivec.begin(), ivec.end());//第二中方法：通过指针迭代器

③从set中获取元素
set 容器不提供下标操作符。为了通过键从 set 中获取元素，可使用 find运算。如果只需简单地判断某个元素是否存在，同样可以使用 count 运算，返回 set 中该键对应的元素个数。当然，对于 set 容器，count 的返回值只能是1（该元素存在）或 0（该元素不存在）

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set<int> iset;

for(inti = 0; i<10; i++)iset.insert(i);

iset.find(1)// 返回指向元素内容为1的指针

iset.find(11)// 返回指针iset.end()

iset.count(1)// 存在，返回1

iset.count(11)// 不存在，返回0

3、multimap 和 multiset
关联容器 map 和 set 的元素是按顺序存储的。而 multimap 和multset 也一样。因此，在multimap和multiset容器中，如果某个键对应多个实例，则这些实例在容器中将相邻存放。迭代遍历multimap或multiset容器时，可保证依次返回特定键所关联的所有元素。

①迭代器的关联容器操作

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：

标准容器类

说明

顺序性容器

vector

从后面快速的插入与删除，直接访问任何元素

deque

从前面或后面快速的插入与删除，直接访问任何元素

list

双链表，从任何地方快速插入与删除

关联容器

set

快速查找，不允许重复值

multiset

快速查找，允许重复值

map

一对多映射，基于关键字快速查找，不允许重复值

multimap

一对多映射，基于关键字快速查找，允许重复值

容器适配器

stack

后进先出

queue

先进先出

priority_queue

最高优先级元素总是第一个出列

所有标准库共有函数

默认构造函数

提供容器默认初始化的构造函数。

复制构造函数

将容器初始化为现有同类容器副本的构造函数

析构函数

不再需要容器时进行内存整理的析构函数

empty

容器中没有元素时返回true,否则返回false

max_size

返回容器中最大元素个数

size

返回容器中当前元素个数

operator=

将一个容器赋给另一个容器

operator<

如果第一个容器小于第二个容器，返回true，否则返回false，

operator<=

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

operator>

如果第一个容器大于第二个容器，返回true，否则返回false

operator>=

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

operator==

如果第一个容器等于第二个容器，返回true，否则返回false

operator!=

如果第一个容器不等于第二个容器，返回true，否则返回false

swap

交换两个容器的元素

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

begin

该函数两个版本返回iterator或const_iterator，引用容器第一个元素

end

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

rbegin

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

rend

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

erase

从容器中清除一个或几个元素

clear

清除容器中所有元素

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。

value_type

容器中存放元素的类型

reference

容器中存放元素类型的引用

const_reference

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

pointer

容器中存放元素类型的指针

iterator

指向容器中存放元素类型的迭代器

const_iterator

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

reverse_iterator

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

const_reverse_iterator

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

difference_type

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-）

size_type

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）

 

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()

         (2) 相对于verctor占用内存多

(3) deque   双端队列 double-end queue

   deque是在功能上合并了vector和list。

   优点：(1) 随机访问方便，即支持[ ]操作符和vector.at()

         (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) 占用内存多

使用区别：

     1）如果你需要高效的随即存取，而不在乎插入和删除的效率，使用vector

     2）如果你需要大量的插入和删除，而不关心随机存取，则应使用list

     3）如果你需要随机存取，而且关心两端数据的插入和删除，则应使用deque