1、什么是标准模板库(STL)?
(1)C++标准模板库与C++标准库的关系
C++标准模板库其实属于C++标准库的一部分,C++标准模板库主要是定义了标准模板的定义与声明,而这些模板主要都是
类模板,我们可以调用这些模板来定义一个具体的类;与之前的自己手动创建一个函数模版或者是类模板不一样,我们使用了
STL就不用自己来创建模板了,这些模板都定义在标准模板库中,我们只需要学会怎么使用这些类模板来定义一个具体的类,
然后能够使用类提供的各种方法来处理数据。
(2)STL六大组件:容器(containers)、算法(algorithms)、迭代器(iterators)、函数对象(functors)、适配器(adapters)、分配器(allocators)
2、迭代器
迭代器是一种对象,它能够用来遍历STL容器中的部分或全部元素,每个迭代器对象代表容器中的确定的地址,所以可以认为迭代器其实就是用来指向容器中数
据的指针,我们可以通过改变这个指针来遍历容器中的所有元素。
3、容器
首先,我们必须理解一下什么是容器,对比我们生活当中的容器,例如水杯、桶、水瓶等等这些东西,其实他们都是容器,他们的一个共同点就是:都是用来
存放液体的,能够用来存放一些东西;其实在我们的C++中说的这个容器其实作用也是用来存放"东西",但是存放的是数据,在C++中容器就是一种用来存放
数据的对象。
(1)C++中的容器其实是容器类实例化之后的一个具体的对象,那么可以办这个对象看成就是一个容器。
(2)因为C++中容器类是基于类模板定义的,也就是我们这里说的STL(标准模板类)。为什么需要做成模板的形式呢?因为我们的容器中存放的数据类型其实
是相同的,如果就因为数据类型不同而要定义多个具体的类,这样就不合适,而模板恰好又能够解决这种问题,所以C++中的容器类是通过类模板的方式定义的
,也就是STL。
(3)容器还有另一个特点是容器可以自行扩展。在解决问题时我们常常不知道我们需要存储多少个对象,也就是说我们不知道应该创建多大的内存空间来存放我们
的数据。显然,数组在这一方面也力不从心。容器的优势就在这里,它不需要你预先告诉它你要存储多少对象,只要你创建一个容器对象,并合理的调用它所提
供的方法,所有的处理细节将由容器来自身完成。它可以为你申请内存或释放内存,并且用最优的算法来执行您的命令。
(4)容器是随着面向对象语言的诞生而提出的,容器类在面向对象语言中特别重要,甚至它被认为是早期面向对象语言的基础。
4、容器的分类
STL对定义的通用容器分三类:顺序性容器、关联式容器和容器适配器。
我想说的是对于上面的每种类型的容器到底是是什么意思,其实没必要去搞懂,没什么价值,只要你能够大概理解知道即可,知道每种容器类型下有哪些具体的容器
即可。
顺序性容器:vector、deque、list
关联性容器:set、multiset、map、multimap
容器适配器:stack、queue、
本文主要介绍vector、list和map 这3种容器。
5、vector向量
vector向量是一种顺序行容器。相当于数组,但其大小可以不预先指定,并且自动扩展。它可以像数组一样被操作,由于它的特性我们完全可以将vector 看作动态数组。
在创建一个vector 后,它会自动在内存中分配一块连续的内存空间进行数据存储,初始的空间大小可以预先指定也可以由vector 默认指定。当存储的数据超过分配的
空间时vector 会重新分配一块内存块,但这样的分配是很耗时的,在重新分配空间时它会做这样的动作:
首先,vector 会申请一块更大的内存块;
然后,将原来的数据拷贝到新的内存块中;
其次,销毁掉原内存块中的对象(调用对象的析构函数);
最后,将原来的内存空间释放掉。
当vector保存的数据量很大时,如果此时进行插入数据导致需要更大的空间来存放这些数据量,那么将会大大的影响程序运行的效率,所以我们应该合理的使用vector。
(1)初始化vector对象的方式:
vector<T> v1; // 默认的初始化方式,内容为空
vector<T> v2(v1); // v2是v1的一个副本
vector<T> v3(n, i) // v3中包含了n个数值为i的元素
vector<T> v4(n); // v4中包含了n个元素,每个元素的值都是0
(2)vector常用函数
empty():判断向量是否为空,为空返回真,否则为假
begin():返回向量(数组)的首元素地址
end(): 返回向量(数组)的末元素的下一个元素的地址
clear():清空向量
front():返回得到向量的第一个元素的数据
back():返回得到向量的最后一个元素的数据
size():返回得到向量中元素的个数
push_back(数据):将数据插入到向量的尾部
pop_back():删除向量尾部的数据
.....
(3)遍历方式
vector向量支持两种方式遍历,因为可以认为vector是一种动态数组,所以可以使用数组下标的方式,也可以使用迭代器
1 #include <iostream> 2 #include <vector> 3 #include <list> 4 #include <map> 5 6 using namespace std; 7 8 int main(void) 9 { 10 vector<int> vec; 11 12 vec.push_back(1); 13 vec.push_back(2); 14 vec.push_back(3); 15 vec.push_back(4); 16 vec.push_back(5); 17 18 cout << "向量的大小:" << vec.size() << endl; 19 20 // 数组下标方式遍历vector 21 for (int i = 0; i < vec.size(); i++) 22 cout << vec[i] << " "; 23 cout << endl; 24 25 // 迭代器方式遍历vector 26 vector<int>::iterator itor = vec.begin(); 27 for (; itor != vec.end(); itor++) 28 cout << *itor << " "; 29 cout << endl; 30 31 return 0; 32 }
6、双向链表list
对于链表我不想多说了,我之前已经学过链表,对于一个双向链表来说主要包括3个:指向前一个链表节点的前向指针、有效数据、指向后一个链表节点的后向指针
链表相对于vector向量来说的优点在于:(a)动态的分配内存,当需要添加数据的时候不会像vector那样,先将现有的内存空间释放,在次分配更大的空间,这样的话
效率就比较低了。(b)支持内部插入、头部插入和尾部插入
缺点:不能随机访问,不支持[]方式和vector.at()、占用的内存会多于vector(非有效数据占用的内存空间)
(1)初始化list对象的方式
list<int> L0; //空链表
list<int> L1(3); //建一个含三个默认值是0的元素的链表
list<int> L2(5,2); //建一个含五个元素的链表,值都是2
list<int> L3(L2); //L3是L2的副本
list<int> L4(L1.begin(),L1.end()); //c5含c1一个区域的元素[begin, end]。
(2)list常用函数
begin():返回list容器的第一个元素的地址
end():返回list容器的最后一个元素之后的地址
rbegin():返回逆向链表的第一个元素的地址(也就是最后一个元素的地址)
rend():返回逆向链表的最后一个元素之后的地址(也就是第一个元素再往前的位置)
front():返回链表中第一个数据值
back():返回链表中最后一个数据值
empty():判断链表是否为空
size():返回链表容器的元素个数
clear():清除容器中所有元素
insert(pos,num):将数据num插入到pos位置处(pos是一个地址)
insert(pos,n,num):在pos位置处插入n个元素num
erase(pos):删除pos位置处的元素
push_back(num):在链表尾部插入数据num
pop_back():删除链表尾部的元素
push_front(num):在链表头部插入数据num
pop_front():删除链表头部的元素
sort():将链表排序,默认升序
......
(3)遍历方式
双向链表list支持使用迭代器正向的遍历,也支持迭代器逆向的遍历,但是不能使用 [] 索引的方式进行遍历。
代码运行结果:
7、map
Map是STL的一个关联容器,它提供一对一(其中第一个可以称为关键字,每个关键字只能在map中出现一次,第二个可能称为该关键字的值)的数据处理能力,由于这个特性,它完成有可能在我们处理一对一数据的时候,在编程上提供快速通道。map内部自建一颗红黑树(一 种非严格意义上的平衡二叉树),这颗树具有对数据自动排序的功能,所以在map内部所有的数据都是有序的。至于二叉树这种数据结构,本人暂时没有任何了解。在map这个容器中,提供一种“键- 值”关系的一对一的数据存储能力。其“键”在容器中不可重复,且按一定顺序排列,至于怎么排列,那么红黑树这种数据结构的特性了。
(1)初始化map对象的方式
map<int, string> m1 = { { 1, "guangzhou" }, { 2, "shenzhen" }, { 3, "changsha" } }; // 实例化一个map容器,还有3组数据
map<char, string> m2; // 实例化一个空map容器
(2)map常用函数
begin():返回容器第一个元素的迭代器
end():返回容器最后一个元素之后的迭代器
rbegin():
rend():
clera():清除容器中所有元素
empty():判断容器是否为空
insert(p1):插入元素 p1 是通过pair函数建立的映射关系对
insert(pair<char, string>('S', "shenzhen")): 插入元素
size():返回容器中元素的个数
count():返回指定键对应的数据的出现的次数
get_allocator():返回map的配置器
swap():交换两个map容器的元素
.....
(3)遍历方式
map容器支持迭代器正向方式遍历和迭代器反向方式遍历,同时也支持 [] 方式访问数据,[]中的索引值是键值,这个一定要清楚
8、顺序性容器和关联容器(本段来自其他博客,在此感谢)
(1)关联容器对元素的插入和删除操作比vector要快,因为vector是顺序存储,而关联容器是链式存储;比list 要慢,是因为即使它们同是链式结构,但list 是线性的,而关联容器是二叉树结构,其改变一个元素涉及到其它元素的变动比list 要多,并且它是排序的,每次插入和删除都需要对元素重新排序;
(2)关联容器对元素的检索操作比vector 慢,但是比list 要快很多。vector 是顺序的连续存储,当然是比不上的,但相对链式的list 要快很多是因为list 是逐个搜索,它搜索的时间是跟容器的大小成正比,而关联容器 查找的复杂度基本是Log(N) ,比如如果有1000 个记录,最多查找10 次,1,000,000 个记录,最多查找20 次。容器越大,关联容器相对list 的优越性就越能体现;
参考博客: http://www.cnblogs.com/xkfz007/articles/2534249.html
http://www.cnblogs.com/scandy-yuan/archive/2013/01/08/2851324.html
vector、list、deque、Map 、set 比较
1.vector和built-in数组类似,它拥有一段连续的内存空间,并且起始地址不变,因此
它能非常好的支持随即存取,即[]操作符,但由于它的内存空间是连续的,所以在中间
进行插入和删除会造成内存块的拷贝,另外,当该数组后的内存空间不够时,需要重新
申请一块足够大的内存并进行内存的拷贝。这些都大大影响了vector的效率。
2.list就是数据结构中的双向链表(根据sgi stl源代码),因此它的内存空间可以是不连续
的,通过指针来进行数据的访问,这个特点使得它的随即存取变的非常没有效率,因此它
没有提供[]操作符的重载。但由于链表的特点,它可以以很好的效率支持任意地方的删除
和插入。
3.deque是一个double-ended queue,它的具体实现不太清楚,但知道它具有以下两个特点:
它支持[]操作符,也就是支持随即存取,并且和vector的效率相差无几,它支持在两端的
操作:push_back,push_front,pop_back,pop_front等,并且在两端操作上与list的效率
也差不多。
4.Map是STL的一个关联容器,它提供一对一(其中第一个可以称为关键字,每个关键字只能在map中出现一次,第二个可能称为该关键字的值)的数据处理能力,由于这个特性map内部的实现自建一颗红黑树(一种非严格意义上的平衡二叉树),这颗树具有对数据自动排序的功能。
5.set是集合,set中不会包含重复的元素,这是和vector的第一个区别,第二个区别是set内部用平衡二叉树实现,便于元素查找,而vector是使用连续内存存储,便于随机存取。
因此在实际使用时,如何选择这几个容器中哪一个,应根据你的需要而定,一般应遵循下面
的原则:
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,而不关心随即存取,则应使用list
3、如果你需要随即存取,而且关心两端数据的插入和删除,则应使用deque。
4、如果你要存储一个数据字典,并要求方便地根据key找value,那么map是较好的选择
5、如果你要查找一个元素是否在某集合内存中,则使用set存储这个集合比较好