C++ 标准模板库 STL 顺序容器详解

c++ 标准模板库 stl 顺序容器

容器	数据结构	顺序性	重复性	支持迭代器
vector	动态数组	无序	可重复	随机访问迭代器
deque	双向队列	无序	可重复	随机访问迭代器
list	双向链表	无序	可重复	双向迭代器

动态数组 vector

​ vector #include <vector> 动态数组：其元素在内存中是连续存放的，随机存取任何元素都可以在常数时间内完成，在该容器的尾部增删元素也几乎能够在常数时间内完成具有较好的性能。

​ 一个 vector 常用函数使用实例如下：

#include <iostream>
#include <vector>
using namespace std;
template<class t>
void printvector(t s, t e){
    for(;s != e; ++s){
        cout << *s << ' ';
    }
    cout << endl;
}

int main(){
    int a[5] = {1,2,3,4,5};
    vector<int> v(a,a+5);
    cout << "1)" << v.end() - v.begin() << endl;
    cout << "2)";
    printvector(v.begin(), v.end());
    v.insert(v.begin()+3, 100); // insert()函数插入元素
    cout << "3)";
    printvector(v.begin(), v.end());

    vector<int> v2(5,0);
    v2.insert(v2.begin()+2,v.begin(),v.end()); // insert() 函数数据块插入  
    cout << "4)";
    printvector(v2.begin(), v2.end());   
    v.erase(v.begin()+3); // erase() 函数删除元素 
    cout << "5)";
    printvector(v.begin(), v.end());
    v.erase(v.begin()+2,v.begin()+4); // erase() 函数删除数据块
    cout << "6)";
    printvector(v.begin(), v.end());
 
    return 0;
}

构造函数

函数	函数描述
vector	构造函数创建一个 vector，可以设定大小 nsize
vector(const vector&)	拷贝构造函数，可以对区间内另一个数组的元素进行拷贝
operator=	将新内容分配给容器，替换其当前内容，并相应地修改其大小
assign	将新内容分配给 vector，替换其当前内容，并相应地修改其 size

 容量管理函数

函数	函数描述
size	返回容器中元素的数量
max_size	返回容器可容纳的最大元素数
resize	调整容器的大小，使其包含 n（参数）个元素
capacity	返回当前为 vector 分配的存储空间（容量）的大小
empty	返回 vector 是否为空
reserve	请求 vector 容量至少足以包含 n（参数）个元素
shrink_to_fit	要求容器减小其 capacity（容量）以适应其 size（元素数量）

 增删函数

函数	函数描述
push_back	在容器的最后一个元素之后添加一个新元素
pop_back	删除容器中的最后一个元素，有效地将容器 size 减少一个
insert	通过在指定位置的元素之前插入新元素来扩展该容器，通过插入元素的数量有效地增加容器大小
erase	从 vector 中删除单个元素（position）或一系列元素（[first，last)），这有效地减少了被去除的元素的数量，从而破坏了容器的大小
clear	从 vector 中删除所有的元素（被销毁），留下 size 为 0 的容器
emplace	通过在 position（参数）位置处插入新元素 args（参数）来扩展容器
emplace_back	在 vector 的末尾插入一个新的元素，紧跟在当前的最后一个元素之后

 索引函数

函数	函数描述
operator[]	返回容器中第 n（参数）个位置的元素的引用
at	返回容器中第 n（参数）个位置的元素的引用
front	返回对容器中第一个元素的引用
back	返回对容器中最后一个元素的引用
data	返回指向容器中第一个元素的指针

迭代器函数

函数	函数描述
begin	返回指向容器中第一个元素的迭代器
end	返回指向容器中最后一个元素之后的理论元素的迭代器
rbegin	返回指向容器中最后一个元素的反向迭代器
rend	返回一个反向迭代器，指向中第一个元素之前的理论元素
cbegin	返回指向容器中第一个元素的常量迭代器（const_iterator）
cend	返回指向容器中最后一个元素之后的理论元素的常量迭代器（const_iterator）
crbegin	返回指向容器中最后一个元素的常量反向迭代器（const_reverse_iterator）
crend	返回指向容器中第一个元素之前的理论元素的常量反向迭代器（const_reverse_iterator）

用 vector 实现二维数组

#include <iostream>
#include <vector>
using namespace std;

int main(){
    vector<vector<int>> arr(3); // arr中有 3 个元素，每个元素都是 vector<int> 容器
    for(int i=0; i<arr.size(); ++i){
        for(int j=0; j<3; ++j){
            arr[i].push_back(j);
        }
    }
    for(int i=0; i<arr.size(); ++i){
        for(int j=0; j<3; ++j){
            cout << arr[i][j] << ' ';
        }
        cout << endl;
    }
    return 0;
}

双向队列 deque

​ deque #include <deque> 双向队列：其元素在内存中是连续存放的，随机存取任何元素都可以在常数时间内完成，在该容器的两端增删元素也几乎能够在常数时间内完成具有较好的性能。

​ 所有适用于 vector 的操作都适用于 deque，除此之外，deque 还有 push_front / pop_front 在最前端插入或删除元素的操作，复杂的都是 o ( 1 ) o(1) o(1) 。

函数	函数描述
deque	构造函数
push_back	在容器的末尾添加一个新元素
push_front	在容器的开头插入一个新元素
pop_back	删除容器中的最后一个元素，同时将容器大小减少一个
pop_front	删除容器中的第一个元素，同时将容器大小减少一个
emplace_front	在容器的开头插入一个新的元素
emplace_back	在容器的末尾插入一个新的元素

双向链表 list

​ list #include <list> 双向链表：其元素在内存中是不连续存放的，不支持随机存取，在该容器的任何位置增删元素几乎都能够在常数时间内完成具有较好的性能。

​ list 除了具有所有顺序容器都有的成员函数之外，还支持以下8个成员函数：

函数	函数描述
push_front	在容器的开头插入一个新元素
pop_front	删除容器中的第一个元素
sort	元素排序，值得注意的是 list 不支持 stl 算法中的 sort
remove	删除和指定值相等的所有元素
unique	删除所有和前一个元素相同的元素，使得元素不重复，使用之前需要sort
merge	合并两个链表，并清空被合并的那个链表
reverse	颠倒链表内容
splice	在指定位置前面插入另一链表中的一个或多个元素，并在该链表中删除这些元素

​ 一个 list 的成员函数使用实例如下：

#include <iostream>
#include <list>
#include <algorithm>
using namespace std;

class a{
    private:
        int n;
    public:
        a(int n_){n = n_;}
        friend bool operator<(const a & a1, const a & a2);
        friend bool operator==(const a & a1, const a & a2);
        friend ostream& operator<<(ostream & o, const a & a2);
};

bool operator<(const a & a1, const a & a2){
    return a1.n < a2.n;
}

bool operator==(const a & a1, const a & a2){
    return a1.n == a2.n;
}

ostream& operator<<(ostream & o, const a & a2){
    o << a2.n;
    return o;
}

template <class t>
void printlist(t start, t end){
    for(;start != end; ++start){
        cout << *start << ',';
    }
    cout << endl;
}

int main(){
    list<a> lst1, lst2;
    lst1.push_back(1); lst1.push_back(3);
    lst1.push_back(2); lst1.push_back(4);
    lst1.push_back(2);
    lst2.push_back(10); lst2.push_back(50);
    lst2.push_back(30); lst2.push_back(30);  
    lst2.push_back(40); lst2.push_back(40); 
    lst2.push_back(30); lst2.push_back(20);
    cout << "1) ";
    printlist(lst1.begin(),lst1.end());
    cout << "2) ";
    printlist(lst2.begin(),lst2.end());
    lst2.sort(); // 调用 sort 成员函数进行 lst2 排序
    cout << "3) ";
    printlist(lst2.begin(),lst2.end());
    lst2.unique(); // 删除 lst2 中所有和前一个元素相等的元素
    cout << "4) ";
    printlist(lst2.begin(),lst2.end());
    lst2.pop_front(); // 将 lst2 的第一个元素删除
    cout << "5) ";
    printlist(lst2.begin(),lst2.end());
    lst1.remove(2); // 删除 lst1 中所有值为 2 的元素
    cout << "6) ";
    printlist(lst1.begin(),lst1.end());
    lst2.merge(lst1); // 将 lst1 中的元素合并到 lst2 并将 lst1 清空
    cout << "7) ";
    printlist(lst2.begin(),lst2.end());
    lst2.reverse(); // 颠倒 lst2
    cout << "8) ";
    printlist(lst2.begin(),lst2.end());
    
    lst1.push_back(100); lst1.push_back(200); 
    lst1.push_back(300); lst1.push_back(400);
    cout<<"9) ";
    printlist(lst1.begin(),lst1.end());
    // 找到列表中的指定元素
    list<a>::iterator p1,p2,p3;
    p1 = find(lst2.begin(),lst2.end(),4);
    p2 = find(lst1.begin(),lst1.end(),200);
    p3 = find(lst1.begin(),lst1.end(),400);
    lst2.splice(p1,lst1,p2,p3); // 将 lst1 中 [p2,p3) 区间内的元素插入到 lst2 中 p1 位置之前，并将这些元素从 lst1 中删除
    cout<<"10) ";
    printlist(lst1.begin(),lst1.end());
    cout<<"11) ";
    printlist(lst2.begin(),lst2.end());
    
    return 0;
}

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