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黄堃装水的容器大全

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  STL有三大核心部分:容器(Container)、算法(Algorithms)、迭代器(Iterator),容器适配器(container adaptor),函数对象(functor),除此之外还有STL其他标准组件。通俗的讲:

  容器:装东西的东西,装水的杯子,装咸水的大海,装人的教室……STL里的容器是可容纳一些数据的模板类。

  算法:就是往杯子里倒水,往大海里排污,从教室里撵人……STL里的算法,就是处理容器里面数据的方法、操作。

  迭代器:往杯子里倒水的水壶,排污的管道,撵人的那个物业管理人员……STL里的迭代器:遍历容器中数据的对象。对存储于容器中的数据进行处理时,迭代器能从一个成员移向另一个成员。他能按预先定义的顺序在某些容器中的成员间移动。对普通的一维数组、向量、双端队列和列表来说,迭代器是一种指针。

  下面让我们来看看专家是怎么说的:

  容器(container):容器是数据在内存中组织的方法,例如,数组、堆栈、队列、链表或二叉树(不过这些都不是STL标准容器)。STL中的容器是一种存储T(Template)类型值的有限集合的数据结构,容器的内部实现一般是类。这些值可以是对象本身,如果数据类型T代表的是Class的话。

  算法(algorithm):算法是应用在容器上以各种方法处理其内容的行为或功能。例如,有对容器内容排序、复制、检索和合并的算法。在STL中,算法是由模板函数表现的。这些函数不是容器类的成员函数。相反,它们是独立的函数。令人吃惊的特点之一就是其算法如此通用。不仅可以将其用于STL容器,而且可以用于普通的C++数组或任何其他应用程序指定的容器。

  迭代器(iterator):一旦选定一种容器类型和数据行为(算法),那么剩下唯一要他做的就是用迭代器使其相互作用。可以把达代器看作一个指向容器中元素的普通指针。可以如递增一个指针那样递增迭代器,使其依次指向容器中每一个后继的元素。迭代器是STL的一个关键部分,因为它将算法和容器连在一起。

  下面我将依次介绍STL的这三个主要组件。

  STL中的容器有队列容器和关联容器,容器适配器(congtainer adapters:stack,queue,priority queue),位集(bit_set),串包(string_package)等等。

  在本文中,我将介绍list,vector,deque等队列容器,和set和multisets,map和multimaps等关联容器,一共7种基本容器类。

  队列容器(顺序容器):队列容器按照线性排列来存储T类型值的集合,队列的每个成员都有自己的特有的位置。顺序容器有向量类型、双端队列类型、列表类型三种。

  u 基本容器——向量

  向量(vector容器类):#include ,vector是一种动态数组,黄堃是基本数组的类模板。其内部定义了很多基本操作。既然这是一个类,那么它就会有自己的构造函数。vector 类中定义了4中种构造函数:

  · 默认构造函数,构造一个初始长度为0的空向量,如:vector v1;

  · 带有单个整形参数的构造函数,此参数描述了向量的初始大小。这个构造函数还有一个可选的参数,这是一个类型为T的实例,描述了各个向量种各成员的初始值;如:vector v2(n,0); 如果预先定义了:n,他的成员值都被初始化为0;

  · 复制构造函数,构造一个新的向量,作为已存在的向量的完全复制,如:vector v3(v2);

  · 带两个常量参数的构造函数,产生初始值为一个区间的向量。区间由一个半开区间[first,last) 来指定。如:vector v4(first,last)

  下面一个例子用的是第四种构造方法,其它的方法读者可以自己试试。

  为了帮助理解向量的概念,这里写了一个小例子,其中用到了vector的成员函数:begin(),end(),push_back(),assign(),front(),back(),erase(),empty(),at(),size()。

  push_back()是将数据放入vector(向量)或deque(双端队列)的标准函数。Insert()是一个与之类似的函数,然而它在所有容器中都可以使用,但是用法更加复杂。end()实际上是取末尾加一,以便让循环正确运行–它返回的指针指向最靠近数组界限的数据。

  在Java里面也有向量的概念。Java中的向量是对象的集合。其中,各元素可以不必同类型,元素可以增加和删除,不能直接加入原始数据类型。

  u 双端队列(qeque容器类):

  deque(读音:deck,意即:double queue,#include)容器类与vector类似,支持随机访问和快速插入删除,它在容器中某一位置上的操作所花费的是线性时间。与vector不同的是,deque还支持从开始端插入数据:push_front()。此外deque也不支持与vector的capacity()、reserve()类似的操作。

  上面我们演示了deque如何进行插入删除等操作,像erase(),assign()是大多数容器都有的操作。关于deque的其他操作请参阅其他书籍。

  u 表(List容器类)

  List(#include)又叫链表,是一种双线性列表,只能顺序访问(从前向后或者从后向前),图2是list的数据组织形式。与前面两种容器类有一个明显的区别就是:它不支持随机访问。要访问表中某个下标处的项需要从表头或表尾处(接近该下标的一端)开始循环。而且缺少下标预算符:operator[]。

  同时,list仍然包涵了erase(),begin(),end(),insert(),push_back(),push_front()这些基本函数,下面我们来演示一下list的其他函数功能。merge():合并两个排序列表;splice():拼接两个列表;sort():列表的排序。

  上面并没有演示splice()函数的用法,这是一个拗口的函数。用起来有点麻烦。图3所示是splice函数的功能。将一个列表插入到另一个列表当中。list容器类定义了splice()函数的3个版本:

  splice(position,list_value);

  splice(position,list_value,ptr);

  splice(position,list_value,first,last);

  list_value是一个已存在的列表,它将被插入到源列表中,position是一个迭代参数,他当前指向的是要进行拼接的列表中的特定位置。

  listn1:123,0,34,1123 listn2:12,100

  执行listn1.splice(find(listn1.begin(),listn1.end(),0),listn2);之后,listn1将变为:123,12,100,34,1123。即把listn2插入到listn1的0这个元素之前。其中,find()函数找到0这个元素在listn1中的位置。值得注意的是,在执行splice之后,list_value将不复存在了。这个例子中是listn2将不再存在。

  第二个版本当中的ptr是一个迭代器参数,执行的结果是把ptr所指向的值直接插入到position当前指向的位置之前.这将只向源列表中插入一个元素。

  第三个版本的first和last也是迭代器参数,并不等于list_value.begin(),list_value.end()。First指的是要插入的列的第一个元素,last指的是要插入的列的最后一个元素。

  如果listn1:123,0,34,1123 listn2:12,43,87,100 执行完以下函数之后

  listn1.splice(find(listn1.begin(),listn1.end(),0),++listn2.begin(),–listn2.end());

  listn1:123,43,87,0,34,1123 listn2:12,100

  以上,我们学习了vector,deque,list三种基本顺序容器,其他的顺序容器还有:slist,bit_vector等等。

  u 集和多集(set 和multiset 容器类):

  一个集合(#include)是一个容器,它其中所包含的元素的值是唯一的。这在收集一个数据的具体值的时候是有用的。集合中的元素按一定的顺序排列,并被作为集合中的实例。如果你需要一个键/值对(pair)来存储数据,map(也是一个关联容器,后面将马上要讲到)是一个更好的选择。一个集合通过一个链表来组织,在插入操作和删除操作上比向量(vector)快,但查找或添加末尾的元素时会有些慢。

  在集中,所有的成员都是排列好的。如果先后往一个集中插入:12,2,3,123,5,65 则输出该集时为:2,3,5,12,65,123

  集和多集的区别是:set支持唯一键值,set中的值都是特定的,而且只出现一次;而multiset中可以出现副本键,同一值可以出现多次。

  Set和multiset的模板参数:

  template

  第一个参数key是所存储的键的类型,第二个参数是为排序值而定义的比较函数的类型,第三个参数是被实现的存储分配符的类型。在有些编译器的具体实现中,第三个参数可以省略。第二个参数使用了合适形式的迭代器为键定义了特定的关系操作符,并用来在容器中遍历值时建立顺序。集的迭代器是双向,同时也是常量的,所以迭代器在使用的时候不能修改元素的值。

  Set定义了三个构造函数:

  默认构造函数:

  explicit set(const Compare&=compare());

  如:set set1;

  less是一个标准类,用于形成降序排列函数对象。升序排列是用greater。通过指定某一预先定义的区间来初始化set对象的构造函数:

  template set(InputIterator, InputIterator,/ const Compare&=compare());

  如:setset2(vector1.begin(),vector1.end());

  复制构造函数:

  set(const set);

  如:setset3(set2);

  下面我们来看一个简单的集和多集的插入例程:

  u 映射和多重映射(map 和multimap)

  映射和多重映射(#include)基于某一类型Key的键集的存在,提供对T类型的数据进行快速和高效的检索。对map而言,键只是指存储在容器中的某一成员。Map不支持副本键,multimap支持副本键。Map和multimap对象包涵了键和各个键有关的值,键和值的数据类型是不相同的,这与set不同。set中的key和value是Key类型的,而map中的key和value是一个pair结构中的两个分量。Map支持下表运算符operator[],用访问普通数组的方式访问map,不过下标为map的键。在multimap中一个键可以对应多个不同的值。

  下面的例程说明了map中键与值的关系。

  #include

  #include

  using namespace std;

  int main()

  {

  map map1;

  map::iterator mapIter;

  //char 是键的类型,int是值的类型

  //下面是初始化,与数组类似

  //也可以用map1.insert(map::value_type(’‘c’’,3));

  map1[‘c’]=3;

  map1[‘d’]=4;

  map1[‘a’]=1;

  map1[‘b’]=2;

  for(mapIter=map1.begin();mapIter!=map1.end();++mapIter)

  cout<<" “<<(*mapIter).first<<”: “<<(*mapIter).second;

  //first对应定义中的char键,second对应定义中的int值

  //检索对应于d键的值是这样做的:

  map::const_iterator ptr;

  ptr=map1.find(‘d’);

  cout<<’/n’<<” “<<(*ptr).first<<” 键对应于值:"<<(*ptr).second;

  return 0;

  }

  从以上例程中,我们可以看到map对象的行为和一般数组的行为类似。Map允许两个或多个值使用比较操作符。下面我们再看看multimap:

  在map中是不允许一个键对应多个值的,在multimap中,不支持operator[],也就是说不支持map中允许的下标操作。

  2. 算法(algorithm):

  #inlcude

  STL中算法的大部分都不作为某些特定容器类的成员函数,他们是泛型的,每个算法都有处理大量不同容器类中数据的使用。值得注意的是,STL中的算法大多有多种版本,用户可以依照具体的情况选择合适版本。中在STL的泛型算法中有4类基本的算法:

  变序型队列算法:可以改变容器内的数据;

  非变序型队列算法:处理容器内的数据而不改变他们;

  排序值算法:包涵对容器中的值进行排序和合并的算法,还有二叉搜索算法、通用数值算法。(注:STL的算法并不只是针对STL容器,对一般容器也是适用的。)

  变序型队列算法:又叫可修改的序列算法。这类算法有复制(copy)算法、交换(swap)算法、替代(replace)算法、删除(clear)算法,移动(remove)算法、翻转(reverse)算法等等。这些算法可以改变容器中的数据(数据值和值在容器中的位置)。

  下面介绍2个比较常用的算法reverse()和copy()。

  revese()的功能是将一个容器内的数据顺序翻转过来,它的原型是:

  template

  void reverse(Bidirectional first, Bidirectional last);

  将first和last之间的元素翻转过来,上例中你也可以只将arr中的一部分进行翻转:

  reverse(arr+3,arr+6); 这也是有效的。First和last需要指定一个操作区间。

  Copy()是要将一个容器内的数据复制到另一个容器内,它的原型是:

  Template

  OutputIterator copy(InputIterator first, InputIterator last, OutputIterator result);

  它把[first,last-1]内的队列成员复制到区间[result,result+(last-first)-1]中。泛型交换算法:

  Swap()操作的是单值交换,它的原型是:

  template

  void swap(T& a,T& b);

  swap_ranges()操作的是两个相等大小区间中的值,它的原型是:

  template

  ForwardIterator2swap_ranges(ForwardIterator1 first1,ForwardIterator1 last1, ForwardIterator1 first2);

  交换区间[first1,last1-1]和[first2, first2+(last1-first1)-1]之间的值,并假设这两个区间是不重叠的。

  非变序型队列算法,又叫不可修改的序列算法。这一类算法操作不影响其操作的容器的内容,包括搜索队列成员算法,等价性检查算法,计算队列成员个数的算法。我将用下面的例子介绍其中的find(),search(),count():

  find()的原型是:

  template

  InputIterator find(InputIterator first, InputIterator last, const EqualityComparable& value);

  其功能是在序列[first,last-1]中查找value值,如果找到,就返回一个指向value在序列中第一次出现的迭代,如果没有找到,就返回一个指向last的迭代(last并不属于序列)。

  search()的原型是:

  template

  ForwardIterator1 search(ForwardIterator1 first1, ForwardIterator1 last1, ForwardIterator2 first2, ForwardIterator2 last2);

  其功能是在源序列[first1,last1-1]查找目标序列[first2,last2-1]如果查找成功,就返回一个指向源序列中目标序列出现的首位置的迭代。查找失败则返回一个指向last的迭代。

  Count()的原型是:

  template

  iterator_traits::difference_type count(InputIterator first,

  InputIterator last, const EqualityComparable& value);

  其功能是在序列[first,last-1]中查找出等于value的成员,返回等于value得成员的个数。

  排序算法(sort algorithm):这一类算法很多,功能强大同时也相对复杂一些。这些算法依赖的是关系运算。在这里我只介绍其中比较简单的几种排序算法:sort(),merge(),includes()

  sort()的原型是:

  template

  void sort(RandomAccessIterator first, RandomAccessIterator last);

  功能是对[first,last-1]区间内的元素进行排序操作。与之类似的操作还有:partial_sort(), stable_sort(),partial_sort_copy()等等。

  merge()的原型是:

  template

  OutputIterator merge(InputIterator1 first1, InputIterator1 last1,InputIterator2 first2, InputIterator2 st2,OutputIterator result);

  将有序区间[first1,last1-1]和[first2,last2-1]合并到[result, result + (last1 - first1) + (last2 - first2)-1]区间内。

  Includes()的原型是:

  template

  bool includes(InputIterator1 first1, InputIterator1 last1, InputIterator2 first2, InputIterator2 last2);

  其功能是检查有序区间[first2,last2-1]内元素是否都在[first1,last1-1]区间内,返回一个bool值。

  通用数值算法(generalized numeric algorithms):这一类算法还不多,涉及到专业领域中有用的算术操作,独立包涵于头文件中。

  STL中的算法大都有多种版本,常见的版本有以下4中:

  默认版本,假设给出了特定操作符;

  一般版本,使用了成员提供的操作符;

  复制版本,对原队列的副本进行操作,常带有 _copy 后缀;

  谓词版本,只应用于满足给定谓词的队列成员,常带有 _if 后缀;

  以上我们学习了STL容器和算法的概念,以及一些简单的STL容器和算法。在使用算法处理容器内的数据时,需要从一个数据成员移向另一个数据成员,迭代器恰好实现了这一功能。下面我们来学习STL迭代器 。

  3. 迭代器(itertor):

  #include

  迭代器实际上是一种泛化指针,如果一个迭代器指向了容器中的某一成员,那么迭代器将可以通过自增自减来遍历容器中的所有成员。迭代器是联系容器和算法的媒介,是算法操作容器的接口。在运用算法操作容器的时候,我们常常在不知不觉中已经使用了迭代器。

  STL中定义了6种迭代器:

  输入迭代器,在容器的连续区间内向前移动,可以读取容器内任意值;

  输出迭代器,把值写进它所指向的队列成员中;

  前向迭代器,读取队列中的值,并可以向前移动到下一位置(++p,p++);

  双向迭代器,读取队列中的值,并可以向前向后遍历容器;

  随机访问迭代器, vector::iterator,list::iterator等都是这种迭代器 ;

  流迭代器,可以直接输出、输入流中的值;

  实际上,在前面的例子中,我们不停的在用迭代器。下面我们用几个例子来帮助理解这些迭代器的用法。

  下面的例子用到了输入输出迭代器:

  这里用到了输入迭代器istream_iterator,输出迭代器ostream_iterator。程序完成了将一个文件输出到屏幕的功能,先将文件读入,然后通过输入迭代器把文件内容复制到类型为字符串的向量容器内,最后由输出迭代器输出。Inserter是一个输入迭代器的一个函数(迭代器适配器),它的使用方法是:

  inserter (container ,pos);

  container是将要用来存入数据的容器,pos是容器存入数据的开始位置。上例中,是把文件内容存入(copy())到向量v1中。

  4. STL的其他标准组件

  函数对象(functor或者funtion objects)

  #include

  函数对象又称之为仿函数。函数对象将函数封装在一个对象中,使得它可作为参数传递给合适的STL算法,从而使算法的功能得以扩展。可以把它当作函数来使用。用户也可以定义自己的函数对象。下面让我们来定义一个自己的函数对象.

  这里的int_max()就是一个函数对象,struct关键字也可以用class来代替,只不过struct默认情况下是公有访问权限,而class定义的是默认私有访问权限。下面我们来定义一个STL风格的函数对象:

  在这里,我们定义了一个函数对象adder(),这也是一个类,它的基类是unary_function函数对象。unary_function是一个空基类,不包涵任何操作或变量。只是一种格式说明,它有两个参数,第一个参数是函数对象的使用数据类型,第二个参数是它的返回类型。基于它所定义的函数对象是一元函数对象。(注:用关键字struct或者class定义的类型实际上都是"类")

  STL内定义了各种函数对象,否定器、约束器、一元谓词、二元谓词都是常用的函数对象。函数对象对于编程来说很重要,因为他如同对象类型的抽象一样作用于操作。

  适配器(adapter)

  适配器是用来修改其他组件接口的STL组件,是带有一个参数的类模板(这个参数是操作的值的数据类型)。STL定义了3种形式的适配器:容器适配器,迭代器适配器,函数适配器。

  容器适配器:包括栈(stack)、队列(queue)、优先(priority_queue)。使用容器适配器,stack就可以被实现为基本容器类型(vector,dequeue,list)的适配。可以把stack看作是某种特殊的vctor、deque或者list容器,只是其操作仍然受到stack本身属性的限制。queue和priority_queue与之类似。容器适配器的接口更为简单,只是受限比一般容器要多;

  迭代器适配器:修改为某些基本容器定义的迭代器的接口的一种STL组件。反向迭代器和插入迭代器都属于迭代器适配器,迭代器适配器扩展了迭代器的功能;

  函数适配器:通过转换或者修改其他函数对象使其功能得到扩展。这一类适配器有否定器(相当于"非"操作)、帮定器、函数指针适配器。

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