STL源码剖析笔记-4序列式容器

4 序列式容器

4.1 容器的概观与分类

• 序列式容器array、vector、heap、priority-queue、list、slist、deque、stack、queue.
• 关联式容器RB-tree、set、map、multiset、multimap、hashtable、hash-set、hash_map、hash_multiset、hash_multimap.

4.2 vector

• vector是动态空间，随着元素的加入，它的内部机制会自行扩充空间以容纳新元素。
• vector支持的操作:begin()、end()、size()、capicity()、empty()、operator[]、front()、back()、pop_back()、push_back()、erase()、resize()、clear().
• vector维护的是一个线性连续空间，其迭代器是普通指针，vector支持随机存取。
• vector以两个迭代器start和finish分别指向配置来的连续空间中目前已被使用的范围，并以迭代器end_of_storage指向整块连续空间（含备用空间）的尾端。
• vector是动态空间，所谓动态增加大小，不是在原空间后接续新空间，而是以原空间大小的两倍另配置一块较大的空间，然后将原内容拷贝过来。
• 对vector的任何操作，一旦引起空间重新配置，指向原vector的所有迭代器就都失效了。
• 插入操作图示：
  
  
  

4.3 list

• list的好处是每次插入或删除一个元素，就配置或释放一个元素的空间。因此list对于空间的运用有绝对的精准，而且对于任何位置的元素插入或元素移除，永远是常数时间。
• list不仅是双向链表，还是环状双向链表，使用一个node空白指针作为表头又作为end。
• list支持的操作：push_front()、push_back()、erase()、pop_front()、pop_back()、clear()、remove()、unique()、splice()、reverse()、sort()、transfer()、merge().
• splice()、reverse()、merge()、sort()的实现都依赖于transfer(),它是非公开接口。
• transfer的图示：
  

4.4 deque

• deque与vector的最大差异：一在于deque允许于常数时间内对起头端进行元素的插入或移除，二在于deque没有所谓的capacity概念，它是动态的以分段连续空间组合而成。
• deque采用一块所谓的map作为主控，map是一小块连续空间，其中每个元素都是指针，指向另一段较大的连续空间，称为缓冲区，缓冲区才是deque的存储空间主体。
• deque的中控器、迭代器、缓冲区的相互关系：
• 缓冲区的末尾一定要有保留空间，而前端则可以没有。在无任何元素时，deque会保留一个缓冲区。

4.5 stack

• stack 是一种先进后出的数据结构，只有一个出口
• 除了最顶端外，没有任何其他方法存取stack的元素，因此它不允许有遍历行为，无迭代器
• stack以deque为底层结构，封闭deque头端开口。
• 支持的操作有empty()、size()、top()、push()、pop().

4.6 queue

• queue是一种先进先出的数据结构，有两个出口
• 只能从最底端加入元素，从最顶端取出元素，没有其他方法存取queue的元素，因此不允许遍历，无迭代器
• 底层结构为deque,封闭deque的底端出口和前端入口。
• 支持的操作empty()、size()、front()、back()、push()、pop().

4.7 heap

• heap并不是STL的组件，而是优先队列的底层结构。
• 二叉堆是一种完全二叉树，即除了底层叶结点外，其他节点都是满的，底层叶结点从左到右也没有空隙。
• heap以vector来保存数据。
• STL提供的是max-heap.
• heap不提供遍历功能，无迭代器。
• push_heap算法：将新元素放到最后，然后上溯到合适的位置以满足堆特性。
• pop_heap算法：将根节点与最后一个节点交换，然后把新的根节点下溯到合适位置。
• sort_heap算法：对每个值都进行pop_heap,每次都把最大值放到最后一个位子，就形成了从小到大的排序。
• make_heap算法：就是堆排序算法，先使数据成为一个堆，再排序。

4.8 priority_queue

• 只允许底端加入元素，顶端取出元素，不能遍历，无迭代器
• 元素不是按照推入的顺序排列，而是按照权值排序
• 底层结构是max_heap。
• 支持操作empty()、size()、top()、pop()、push()
• push()操作底层是先将元素push_back到vector末端,在push_heap排序。
• pop()操作底层是先pop_heap()，在vector的尾部的值pop_back()。

4.9 slist

• slist属于单向的Forward Iterator,list是双向的Bidirectional Iterator.
• slist的插入、移除、聚合等操作不会使原有的迭代器失效
• 因为STL插入元素是在原位置之前，而slist是单向的，要找到前一个元素只能重新遍历，因此insert、erase等操作属于不智之举。
• slist不提供push_back()，只提供push_front(),元素次序和插入的次序相反.
• 提供的操作有:begin()、end()、size()、swap()、front()、push_front()、pop_front()、find()、insert()等.