文章目录
- 一、STL基本知识
- 概述
- 容器
- 二、序列式容器详述
- 数组容器array
- 向量容器vector
- 双端队列容器deque
- 链式容器list
- 正向链容器forward_list
- 参考博客
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一、STL基本知识
概述
- STL六大组件（前三个是主要的）
- 容器（Containers）：使用
类模板(class template)实现的各种数据结构 - 算法（Algorithms）：使用
函数模板(function template)实现的各种常用算法 - 迭代器（Iterators）：使用
类模板(class template)通过重载指针操作函数实现遍历对象集合元素的泛型指针 - 仿函数（Functors）：使用
重载operator()的class或class template实现函数对象（将对象像函数一样调用） - 适配器（Adaptors）：使用
类模板(class template)通过修饰容器、仿函数接口或迭代器实现功能的转换 - 分配器（Allocators）：使用
类模板(class template)实现内存资源的管理
- 容器（Containers）：使用
- 特点
- STL模板主要由算法、容器、迭代器三者组成，将数据和算法分离。算法通过迭代器操作容器存储的数据，其中迭代器和容器一一对应。
- STL主要依赖于模板思想，提供了足够的通用性，减少了对OOP的依赖。
容器
- 分类
- 序列式容器：按位置索引，逻辑结构为线性表
- 数组容器
array<T, N> - 向量容器
vector<T> - 双端队列容器
deque<T> - 链式容器
list<T> - 正向链容器
forward_list<T>
- 数组容器
- 关联式容器：按键值索引，逻辑结构为树
- set / multiset / unordered_set / unordered_multimap
- map / multimap / unordered_map / unordered_multimap
- 容器适配器：以序列式容器为底层构造的适配器，不是容器
- 栈
stack<T> - 队列
queue<T> - 优先队列
priority_queue <T>
- 栈
- 序列式容器：按位置索引，逻辑结构为线性表
| 集合 | 底层实现 | 是否有序 | 数值重复 | 更改数值 | 查询效率 | 增删效率 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| set | 红黑树 | 有序 | 否 | 否 | O(log n) | O(log n) |
| multiset | 红黑树 | 无序 | 是 | 否 | O(log n) | O(log n) |
| unordered_set | 哈希表 | 无序 | 否 | 否 | O(1) | O(1) |
| unordered_multiset | 哈希表 | 无序 | 是 | 否 | O(1) | O(1) |
| map | 红黑树 | 有序 | 不可重复 | 不可修改 | O(log n) | O(log n) |
| multimap | 红黑树 | 有序 | 可重复 | 不可更改 | O(log n) | O(log n) |
| unordered_map | 哈希表 | 无序 | 不可重复 | 不可更改 | O(1) | O(1) |
| unordered_multimap | 哈希表 | 无序 | 可重复 | 不可更改 | O(1) | O(1) |
二、序列式容器详述
数组容器array
- 原理：在
普通数组的基础上，增加了一些功能函数 - 特点
- 大小固定，无法进行动态的增删
- 可以进行随机访问或更改
- 功能函数的作用示例
- at(n)：返回容器中n处位置元素的引用，该函数自动检查n是否在有效的范围内，如果不是则抛出out_of_range异常
向量容器vector
- 原理
- 底层为数组，使用三个迭代器（指针）表示，start表示容器首部位置，finish表示已使用末尾位置，end_of_storage表示整个容器的末尾位置（最大容量）
- 底层为数组，使用三个迭代器（指针）表示，start表示容器首部位置，finish表示已使用末尾位置，end_of_storage表示整个容器的末尾位置（最大容量）
- vector扩容
- 扩容原理
- 寻找新内存：内存中寻找一个与前一段空间相比
两倍大小的空间作为扩充空间 - 拷贝旧数据：调用
拷贝构造函数将原数据拷贝到新内存空间的前半段 - 释放旧内存：调用
析构函数释放原内存空间
- 寻找新内存：内存中寻找一个与前一段空间相比
- 注意：一旦发生内存扩容，指向原空间的迭代器可能失效，即迭代器指针指向不变，但是内容变了，eg：erase()和insert()移动部分元素和扩容操作
- 相关函数
- push_back()：未达最大容量，则直接在备用空间上建构元素，并调整迭代器finish，使vector变大。已达最大容量，则进行扩容。
- insert()：未达到最大容量，则把当前要插入元素的位置后面的元素向后移动，然后把待插入元素插入到相应的位置。已达到最大容量进行扩容。
- 扩容原理
- 元素的访问
- operator[]：直接跳转位置访问元素，速度是很快的，时间复杂度为O(1)
- at()：本质调用operator[]，此外增加了越界检查
- 初始化
//定义具有10个整型元素的向量（尖括号为元素类型名，它可以是任何合法的数据类型），不具有初值，其值不确定 vector<int>a(10); //定义具有10个整型元素的向量，且给出的每个元素初值为1 vector<int>a(10,1); //用向量b给向量a赋值，a的值完全等价于b的值 vector<int>a(b); //将向量b中从0-2（共三个）的元素赋值给a，a的类型为int型 vector<int>a(b.begin(),b.begin()+3); //从数组中获得初值 int b[7]={1,2,3,4,5,6,7}; vector<int> a(b,b+7）; - 常用内置函数
#include<vector> vector<int> a,b; //b为向量，将b的0-2个元素赋值给向量a a.assign(b.begin(),b.begin()+3); //a含有4个值为2的元素 a.assign(4,2); //返回a的最后一个元素 a.back(); //返回a的第一个元素 a.front(); //返回a的第i元素,当且仅当a存在 a[i]; //清空a中的元素 a.clear(); //判断a是否为空，空则返回true，非空则返回false a.empty(); //删除a向量的最后一个元素 a.pop_back(); //删除a中第一个（从第0个算起）到第二个元素，也就是说删除的元素从a.begin()+1算起（包括它）一直到a.begin()+3（不包括它）结束 a.erase(a.begin()+1,a.begin()+3); //在a的最后一个向量后插入一个元素，其值为5 a.push_back(5); //在a的第一个元素（从第0个算起）位置插入数值5, a.insert(a.begin()+1,5); //在a的第一个元素（从第0个算起）位置插入3个数，其值都为5 a.insert(a.begin()+1,3,5); //b为数组，在a的第一个元素（从第0个元素算起）的位置插入b的第三个元素到第5个元素（不包括b+6） a.insert(a.begin()+1,b+3,b+6); //返回a中元素的个数 a.size(); //返回a在内存中总共可以容纳的元素个数 a.capacity(); //将a的现有元素个数调整至10个，多则删，少则补，其值随机 a.resize(10); //将a的现有元素个数调整至10个，多则删，少则补，其值为2 a.resize(10,2); //将a的容量扩充至100， a.reserve(100); //b为向量，将a中的元素和b中的元素整体交换 a.swap(b); //b为向量，向量的比较操作还有 != >= > <= < a==b;
双端队列容器deque
- 原理：由一个
中控器和多个缓冲区组成，中控器中的每个节点指向一片连续的缓冲区，在逻辑上形成连续的双端队列// deque的迭代器数据结构 _Elt_pointer _M_cur; //用于保存迭代器当前位置 _Elt_pointer _M_first; //保存迭代器当前所属buffer的开始位置 _Elt_pointer _M_last;//保存迭代器当前所属buffer的结束位置 _Map_pointer _M_node; //用于保存迭代器当前所属的节点位置
- 特点
双端进行插入和删除，时间复杂度为O(1)，特别是头部插入比vector快。- 支持
随机访问O(1)，但顺序访问比vector慢，这是由deque数据结构决定的 - 中控器节点数量 = max(元素数量/512 + 2, 8)，512是默认的每个buffer大小。
- 头端插入
push_front()（尾部插入与该原理类似）- 头部buffer空间足够时，直接从后往前插入
- 头部buffer不足时
- 当中控器节点足够时，则申请一个头部buffer
- 当中控器节点不足时，重新申请一整块中控器节点内存，并将buffer地址进行浅拷贝
- 中间插入
insert()- 检测插入位置
- 若在前半部分则从后向前移动1位
- 若在后半部分则从前向后移动1位
- 移动前，现在头部或尾部进行一次尝试插入，如果buffer不足则进行扩容，足够则插入。
- 检测插入位置
链式容器list
- 原理：底层数据结构为一个
双向循环链表template<typename T,...> struct __List_node{ //... __list_node<T>* prev;// prev 指针用于指向前一个节点 __list_node<T>* next;// next 指针用于指向后一个节点 T myval;// myval 用于存储当前元素的值 //... }
正向链容器forward_list
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参考博客
- 详解 C++ STL 六大组件，看完不懂打我…
- 容器适配器stack,queue和priority_queue
- array容器
- [c++] c++ std::vector 底层实现机制
- 基于源码剖析vector实现原理及注意事项
- C++ STL笔记四：deque容器；deque内部工作原理；deque构造函数；deque赋值；deque大小；deque存取；deque排序；deque插入删除
- 待定引用
- 待定引用
