--- sort: 9 --- # 顺序容器 ## 顺序容器概述 - **顺序容器**(sequential container):为程序员提供了控制元素存储和访问顺序的能力。这种顺序不依赖于元素的值,而是与元素加入容器时的位置相对应。 ### 顺序容器类型 | 容器类型 | 介绍 | | -------------- | ----------------------------------------------------------------------------- | | `vector` | 可变大小数组。支持快速随机访问。在尾部之外的位置插入或删除元素可能很慢。 | | `deque` | 双端队列。支持快速随机访问。在头尾位置插入/删除速度很快。 | | `list` | 双向链表。只支持双向顺序访问。在`list`中任何位置进行插入/删除操作速度都很快。 | | `forward_list` | 单向链表。只支持单向顺序访问。在链表任何位置进行插入/删除操作速度都很快。 | | `array` | 固定大小数组。支持快速随机访问。不能添加或者删除元素。 | | `string` | 与`vector`相似的容器,但专门用于保存字符。随机访问块。在尾部插入/删除速度快。 | - 除了固定大小的`array`外,其他容器都提供高效、灵活的内存管理。 - `forward_list`和`array`是新C++标准增加的类型。 - 通常使用`vector`是最好的选择,除非你有很好的理由选择其他容器。 - 新标准库的容器比旧版的快得多。 ## 容器操作 ### 类型 | 操作 | 解释 | | ----------------- | -------------------------------------------------- | | `iterator` | 此容器类型的迭代器类型 | | `const_iterator` | 可以读取元素但不能修改元素的迭代器类型 | | `size_type` | 无符号整数类型,足够保存此种容器类型最大可能的大小 | | `difference_type` | 带符号整数类型,足够保存两个迭代器之间的距离 | | `value_type` | 元素类型 | | `reference` | 元素的左值类型;和`value_type &`含义相同 | | `const_reference` | 元素的`const`左值类型,即`const value_type &` | ### 构造函数 | 操作 | 解释 | | ------------------------- | ---------------------------------------------------------------------- | | `C c;` | 默认构造函数,构造空容器 | | `C c1(c2);`或`C c1 = c2;` | 构造`c2`的拷贝`c1` | | `C c(b, e)` | 构造`c`,将迭代器`b`和`e`指定范围内的所有元素拷贝到`c` | | `C c(a, b, c...)` | 列表初始化`c` | | `C c(n)` | 只支持顺序容器,且不包括`array`,包含`n`个元素,这些元素进行了值初始化 | | `C c(n, t)` | 包含`n`个初始值为`t`的元素 | - 只有顺序容器的构造函数才接受大小参数,关联容器并不支持。 - `array`具有固定大小。 - 和其他容器不同,默认构造的`array`是非空的。 - 直接复制:将一个容器复制给另一个容器时,类型必须匹配:容器类型和元素类型都必须相同。 - 使用迭代器复制:不要求容器类型相同,容器内的元素类型也可以不同。 ### 赋值和`swap` | 操作 | 解释 | | ------------------- | ------------------------------------------------------------------------------ | | `c1 = c2;` | 将`c1`中的元素替换成`c2`中的元素 | | `c1 = {a, b, c...}` | 将`c1`中的元素替换成列表中的元素(不适用于`array`) | | `c1.swap(c2)` | 交换`c1`和`c2`的元素 | | `swap(c1, c2)` | 等价于`c1.swap(c2)` | | `c.assign(b, e)` | 将`c`中的元素替换成迭代器`b`和`e`表示范围中的元素,`b`和`e`不能指向`c`中的元素 | | `c.assign(il)` | 将`c`中的元素替换成初始化列表`il`中的元素 | | `c.assign(n, r)` | 将`c`中的元素替换为`n`个值是`t`的元素 | - 使用非成员版本的`swap`是一个好习惯。 - `assign`操作不适用于关联容器和`array` ### 大小 | 操作 | 解释 | | -------------- | ---------------------------------------------- | | `c.size()` | `c`中元素的数目(不支持`forward_list`) | | `c.max_size()` | `c`中可保存的最大元素数目 | | `c.empty()` | 若`c`中存储了元素,返回`false`,否则返回`true` | ### 添加元素 | 操作 | 解释 | | ----------------------- | ---------------------------------------------------------------------------------------------------- | | `c.push_back(t)` | 在`c`尾部创建一个值为`t`的元素,返回`void` | | `c.emplace_back(args)` | 同上 | | `c.push_front(t)` | 在`c`头部创建一个值为`t`的元素,返回`void` | | `c.emplace_front(args)` | 同上 | | `c.insert(p, t)` | 在迭代器`p`指向的元素之前创建一个值是`t`的元素,返回指向新元素的迭代器 | | `c.emplace(p, args)` | 同上 | | `c.insert(p, n, t)` | 在迭代器`p`指向的元素之前插入`n`个值为`t`的元素,返回指向第一个新元素的迭代器;如果`n`是0,则返回`p` | | `c.insert(p, b, e)` | 将迭代器`b`和`e`范围内的元素,插入到`p`指向的元素之前;如果范围为空,则返回`p` | | `c.insert(p, il)` | `il`是一个花括号包围中的元素值列表,将其插入到`p`指向的元素之前;如果`il`是空,则返回`p` | - 因为这些操作会改变大小,因此不适用于`array`。 - `forward_list`有自己专有版本的`insert`和`emplace`。 - `forward_list`不支持`push_back`和`emplace_back`。 - 当我们用一个对象去初始化容器或者将对象插入到容器时,实际上放入的是对象的拷贝。 - `emplace`开头的函数是新标准引入的,这些操作是构造而不是拷贝元素。 - 传递给`emplace`的参数必须和元素类型的构造函数相匹配。 ### 访问元素 | 操作 | 解释 | | ----------- | ---------------------------------------------------------------------------------------- | | `c.back()` | 返回`c`中尾元素的引用。若`c`为空,函数行为未定义 | | `c.front()` | 返回`c`中头元素的引用。若`c`为空,函数行为未定义 | | `c[n]` | 返回`c`中下标是`n`的元素的引用,`n`时候一个无符号证书。若`n>=c.size()`,则函数行为未定义 | | `c.at(n)` | 返回下标为`n`的元素引用。如果下标越界,则抛出`out_of_range`异常 | - 访问成员函数返回的是引用。 - `at`和下标操作只适用于`string`、`vector`、`deque`、`array`。 - `back`不适用于`forward_list`。 - 如果希望下标是合法的,可以使用`at`函数。 ### 删除元素 | 操作 | 解释 | | --------------- | ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- | | `c.pop_back()` | 删除`c`中尾元素,若`c`为空,则函数行为未定义。函数返回`void` | | `c.pop_front()` | 删除`c`中首元素,若`c`为空,则函数行为未定义。函数返回`void` | | `c.erase(p)` | 删除迭代器`p`指向的元素,返回一个指向被删除元素之后的元素的迭代器,若`p`本身是尾后迭代器,则函数行为未定义 | | `c.erase(b, e)` | 删除迭代器`b`和`e`范围内的元素,返回指向最后一个被删元素之后元素的迭代器,若`e`本身就是尾后迭代器,则返回尾后迭代器 | | `c.clear()` | 删除`c`中所有元素,返回`void` | - 会改变容器大小,不适用于`array`。 - `forward_list`有特殊版本的`erase` - `forward_list`不支持`pop_back` - `vector`和`string`不支持`pop_front` ### 特殊的forwad_list操作 - 链表在删除元素时需要修改前置节点的内容,双向链表会前驱的指针,但是单向链表没有保存,因此需要增加获取前置节点的方法。 - `forward_list`定义了`before_begin`,即首前(off-the-begining)迭代器,允许我们再在首元素之前添加或删除元素。 | 操作 | 解释 | | --------------------------- | --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- | | `lst.before_begin()` | 返回指向链表首元素之前不存在的元素的迭代器,此迭代器不能解引用。 | | `lst.cbefore_begin()` | 同上,但是返回的是常量迭代器。 | | `lst.insert_after(p, t)` | 在迭代器`p`之后插入元素。`t`是一个对象 | | `lst.insert_after(p, n, t)` | 在迭代器`p`之后插入元素。`t`是一个对象,`n`是数量。若`n`是0则函数行为未定义 | | `lst.insert_after(p, b, e)` | 在迭代器`p`之后插入元素。由迭代器`b`和`e`指定范围。 | | `lst.insert_after(p, il)` | 在迭代器`p`之后插入元素。由`il`指定初始化列表。 | | `emplace_after(p, args)` | 使用`args`在`p`之后的位置,创建一个元素,返回一个指向这个新元素的迭代器。若`p`为尾后迭代器,则函数行为未定义。 | | `lst.erase_after(p)` | 删除`p`指向位置之后的元素,返回一个指向被删元素之后的元素的迭代器,若`p`指向`lst`的尾元素或者是一个尾后迭代器,则函数行为未定义。 | | `lst.erase_after(b, e)` | 类似上面,删除对象换成从`b`到`e`指定的范围。 | ### 改变容器大小 | 操作 | 解释 | | ---------------- | ---------------------------------------------------------------------------------------------------- | | `c.resize(n)` | 调整`c`的大小为`n`个元素,若`n s2.size()`,则构造函数的行为未定义。 | | `string s(s2, pos2, len2)` | `s`是`string s2`从下标`pos2`开始的`len2`个字符的拷贝。 | - `n`,`len2`,`pos2`都是无符号值。 ### substr操作 | 操作 | 解释 | | ------------------ | --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- | | `s.substr(pos, n)` | 返回一个`string`,包含`s`中从`pos`开始的`n`个字符的拷贝。`pos`的默认值是0,`n`的默认值是`s.size() - pos`,即拷贝从`pos`开始的所有字符。 | ### 改变string的其他方法 | 操作 | 解释 | | ------------------------ | ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- | | `s.insert(pos, args)` | 在`pos`之前插入`args`指定的字符。`pos`可以使是下标或者迭代器。接受下标的版本返回指向`s`的引用;接受迭代器的版本返回指向第一个插入字符的迭代器。 | | `s.erase(pos, len)` | 删除从`pos`开始的`len`个字符,如果`len`被省略,则删除后面所有字符,返回指向`s`的引用。 | | `s.assign(args)` | 将`s`中的字符替换成`args`指定的字符。返回一个指向`s`的引用。 | | `s.append(args)` | 将`args`指定的字符追加到`s`,返回一个指向`s`的引用。 | | `s.replace(range, args)` | 删除`s`中范围`range`中的字符,替换成`args`指定的字符。返回一个指向`s`的引用。 | ### string搜索操作 - `string`类提供了6个不同的搜索函数,每个函数都有4个重载版本。 - 每个搜索操作都返回一个`string::size_type`值,表示匹配发生位置的下标。如果搜索失败则返回一个名为`string::npos`的`static`成员(类型是`string::size_type`,初始化值是-1,也就是`string`最大的可能大小)。 | 搜索操作 | 解释 | | --------------------------- | ------------------------------------------------- | | `s.find(args)` | 查找`s`中`args`第一次出现的位置 | | `s.rfind(args)` | 查找`s`中`args`最后一次出现的位置 | | `s.find_first_of(args)` | 在`s`中查找`args`中任何一个字符第一次出现的位置 | | `s.find_last_of(args)` | 在`s`中查找`args`中任何一个字符最后一次出现的位置 | | `s.find_first_not_of(args)` | 在`s`中查找第一个不在`args`中的字符 | | `s.find_first_not_of(args)` | 在`s`中查找最后一个不在`args`中的字符 | args必须是一下的形式之一: | `args`形式 | 解释 | | ------------ | ----------------------------------------------------------------------------- | | `c, pos` | 从`s`中位置`pos`开始查找字符`c`。`pos`默认是0 | | `s2, pos` | 从`s`中位置`pos`开始查找字符串`s`。`pos`默认是0 | | `cp, pos` | 从`s`中位置`pos`开始查找指针`cp`指向的以空字符结尾的C风格字符串。`pos`默认是0 | | `cp, pos, n` | 从`s`中位置`pos`开始查找指针`cp`指向的前`n`个字符。`pos`和`n`无默认值。 | ### s.compare的几种参数形式 逻辑类似于C标准库的`strcmp`函数,根据`s`是等于、大于还是小于参数指定的字符串,`s.compare`返回0、正数或负数。 | 参数形式 | 解释 | | ------------------------ | ----------------------------------------------------------------- | | `s2` | 比较`s`和`s2` | | `pos1, n1, s2` | 比较`s`从`pos1`开始的`n1`个字符和`s2` | | `pos1, n1, s2, pos2, n2` | 比较`s`从`pos1`开始的`n1`个字符和`s2` | | `cp` | 比较`s`和`cp`指向的以空字符结尾的字符数组 | | `pos1, n1, cp` | 比较`s`从`pos1`开始的`n1`个字符和`cp`指向的以空字符结尾的字符数组 | | `pos1, n1, cp, n2` | 比较`s`从`pos1`开始的`n1`个字符和`cp`指向的地址开始`n2`个字符 | ### string和数值转换 | 转换 | 解释 | | ----------------- | ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- | | `to_string(val)` | 一组重载函数,返回数值`val`的`string`表示。`val`可以使任何算术类型。对每个浮点类型和`int`或更大的整型,都有相应版本的`to_string()`。和往常一样,小整型会被提升。 | | `stoi(s, p, b)` | 返回`s`起始子串(表示整数内容)的数值,`p`是`s`中第一个非数值字符的下标,默认是0,`b`是转换所用的基数。返回`int` | | `stol(s, p, b)` | 返回`long` | | `stoul(s, p, b)` | 返回`unsigned long` | | `stoll(s, p, b)` | 返回`long long` | | `stoull(s, p, b)` | 返回`unsigned long long` | | `stof(s, p)` | 返回`s`起始子串(表示浮点数内容)的数值,`p`是`s`中第一个非数值字符的下标,默认是0。返回`float` | | `stod(s, p)` | 返回`double` | | `stold(s, p)` | 返回`long double` | ## 容器适配器(adapter) - 适配器是使一事物的行为类似于另一事物的行为的一种机制,例如`stack`可以使任何一种顺序容器以栈的方式工作。 - 初始化 `deque deq; stack stk(deq);` 从`deq`拷贝元素到`stk`。 - 创建适配器时,指定一个顺序容器,可以覆盖默认的基础容器: `stack > str_stk;`。 ### 适配器的通用操作和类型 | 操作 | 解释 | | ---------------- | ------------------------------------------------------------------------------------------------- | | `size_type` | 一种类型,须以保存当前类型的最大对象的大小 | | `value_type` | 元素类型 | | `container_type` | 实现适配器的底层容器类型 | | `A a;` | 创建一个名为`a`的空适配器 | | `A a(c)` | 创建一个名为`a`的适配器,带有容器`c`的一个拷贝 | | 关系运算符 | 每个适配器都支持所有关系运算符:`==`、`!=`、`<`、 `<=`、`>`、`>=`这些运算符返回底层容器的比较结果 | | `a.empty()` | 若`a`包含任何元素,返回`false`;否则返回`true` | | `a.size()` | 返回`a`中的元素数目 | | `swap(a, b)` | 交换`a`和`b`的内容,`a`和`b`必须有相同类型,包括底层容器类型也必须相同 | | `a.swap(b)` | 同上 | ### stack | 操作 | 解释 | | ----------------- | -------------------------------------------------------- | | `s.pop()` | 删除栈顶元素,不返回。 | | `s.push(item)` | 创建一个新元素,压入栈顶,该元素通过拷贝或移动`item`而来 | | `s.emplace(args)` | 同上,但元素由`args`来构造。 | | `s.top()` | 返回栈顶元素,不删除。 | - 定义在`stack`头文件中。 - `stack`默认基于`deque`实现,也可以在`list`或`vector`之上实现。 ### queue和priority_queue | 操作 | 解释 | | ----------------- | ----------------------------------------- | | `q.pop()` | 删除队首元素,但不返回。 | | `q.front()` | 返回队首元素的值,不删除。 | | `q.back()` | 返回队尾元素的值,不删除。只适用于`queue` | | `q.top()` | 返回具有最高优先级的元素值,不删除。 | | `q.push(item)` | 在队尾压入一个新元素。 | | `q.emplace(args)` | | - 定义在`queue`头文件中。 - `queue`默认基于`deque`实现,`priority_queue`默认基于`vector`实现。 - `queue`可以在`list`或`vector`之上实现,`priority_queue`也可以用`deque`实现。