STL序列式容器

Standard Template Library基础知识之STL序列式容器

• (1) 容器类型
• (2) 图解容器类型
• (3)容器包含的函数
• (4) array(数组容器）
• • 1. array初始化
  • 2. array成员函数
  • 3. array随机访问迭代器
  • 4. 具体用法代码概览及运行截图
• (5)vector(向量容器)
• • 1. vector初始化
  • 2. vector成员函数
  • 3. vector随机访问迭代器
  • 4. 具体用法代码概览及运行截图
• (6)deque(双端队列容器)
• • 1. deque初始化
  • 2. deque成员函数
  • 3. deque随机访问迭代器
  • • 4. 具体用法代码概览及运行截图
• (7)list(双向链表容器）
• • 1. list初始化
  • 2. list成员函数
  • • 3. list双向迭代器
  • 4. 具体用法代码概览及运行截图
• (8)forward_list(单向链表容器)

整体文章目录： Standard Template Library基础知识
序列容器，即以线性排列（类似普通数组的存储方式）来存储某一指定类型（例如 int、double 等）的数据，需要特殊说明的是，该类容器并不会自动对存储的元素按照值的大小进行排序。

(1) 容器类型

容器类型	说明
array（数组容器)	表示可以存储 N 个 T 类型的元素，是 C++ 本身提供的一种容器。此类容器一旦建立，其长度就是固定不变的，这意味着不能增加或删除元素，只能改变某个元素的值；
vector（向量容器）	用来存放 T 类型的元素，是一个长度可变的序列容器，即在存储空间不足时，会自动申请更多的内存。使用此容器，在尾部增加或删除元素的效率最高（时间复杂度为 O(1) 常数阶），在其它位置插入或删除元素效率较差（时间复杂度为 O(n) 线性阶，其中 n 为容器中元素的个数）；
deque（双端队列容器）	和 vector 非常相似，区别在于使用该容器不仅尾部插入和删除元素高效，在头部插入或删除元素也同样高效，时间复杂度都是 O(1) 常数阶，但是在容器中某一位置处插入或删除元素，时间复杂度为 O(n) 线性阶；
list（链表容器）	是一个长度可变的、由 T 类型元素组成的序列，它以双向链表的形式组织元素，在这个序列的任何地方都可以高效地增加或删除元素（时间复杂度都为常数阶 O(1)），但访问容器中任意元素的速度要比前三种容器慢，这是因为 list 必须从第一个元素或最后一个元素开始访问，需要沿着链表移动，直到到达想要的元素。
forward_list（正向链表容器）	和 list 容器非常类似，只不过它以单链表的形式组织元素，它内部的元素只能从第一个元素开始访问，是一类比链表容器快、更节省内存的容器。

注意，其实除此之外，stack 和 queue 本质上也属于序列容器，只不过它们都是在 deque 容器的
基础上改头换面而成，通常更习惯称它们为容器适配器。

图 1 说明了可供使用的序列容器以及它们之间的区别。

(2) 图解容器类型

(3)容器包含的函数

表 2 展示了 array、vector 和 deque 容器的函数成员，它们中至少有两个容器实现了同样的函数成员。（列表中 - 表明对应的容器并没有定义这个函数。）

(4) array(数组容器）

array 容器就是在 C++ 普通数组的基础上，添加了一些成员函数和全局函数。代码展示统一放到最后面

1. array初始化

#include//array容器以类模板的形式定义在  头文件
using namesapce std;//并位于命名空间 std 中
//下面是array初始的三种方式
//1.第一种创建具有 10 个 double 类型元素的 array 容器
array values;
//2.将所有的元素初始化为 0 或者和默认元素类型等效的值：
array values{};//double被初始化0.0
//3.对元素进行初始化
array values {0.5,1.0,1.5,,2.0};//其余元素初始化为0.0

2. array成员函数

另外，在<array>头文件中还重载了 get() 全局函数，该重载函数的功能是访问容器中指定的元素，并返回该元素的引用。它是一个辅助函数，能够获取到容器的第 n 个元素。需要注意的是，该模板函数中，参数的实参必须是一个在编译时可以确定的常量表达式，所以它不能是一个循环变量。

3. array随机访问迭代器

这些成员函数通常是成对使用的，即 begin()/end()、rbegin()/rend()、cbegin()/cend()、crbegin()/crend() 各自成对搭配使用。

4. 具体用法代码概览及运行截图

#include 
#include
using namespace std;
int main()
{
    array nums{};//初始化为0
    array counts{};//初始化为0
    for (int i = 0; i < nums.size(); ++i) {
        nums.at(i)=i;//依次设置0-9
    }
    //逐个访问输出
    for (auto it = nums.begin(); it != nums.end(); it++) {
        cout << *it << " ";
    }
    cout<(nums) << endl;
    //倒序输出
    for (auto it = nums.rbegin(); it != nums.rend(); ++it) {
        cout << *it << " ";
    }
    cout << endl;
    nums.front() = 10;//讲首个元素修改为10
    nums.back() = 20;//将末尾元素修改为20
    for (auto it = nums.begin(); it != nums.end(); it++) {
        cout << *it << " ";
    }
    cout << endl;
    nums.fill(100);//将元素都修改为100
    for (auto it = nums.begin(); it != nums.end(); it++) {
        cout << *it << " ";
    }
    cout << endl;
    for (int i = 0; i < nums.size(); ++i) {
        *(counts.data() + i) = i + 10;//couts.data()返回首个元素的指针,begin()返回首个元素的随机访问迭代器。功能类似但不完全相同哦
        cout << *(counts.data() + i)<<" ";
   }
    cout << endl;
    nums.swap(counts);//交换两个容器
    for (auto it = nums.begin(); it != nums.end(); ++it) cout << *it << " ";
    cout << endl;
    for (auto it = counts.begin(); it != counts.end(); ++it) cout << *it << " ";
    cout << endl;

}

(5)vector(向量容器)

array 实现的是静态数组（容量固定的数组），而 vector 实现的是一个动态数组，即可以进行元素的插入和删除，在此过程中，vector 会动态调整所占用的内存空间，整个过程无需人工干预。
该容器擅长在尾部插入或删除元素
vector不是存储bool类型元素的vector容器
在实际场景中需要使用 vector 这样的存储结构,可以选择使用 deque
deque 容器几乎具有 vecotr 容器全部的功能（拥有的成员方法也仅差 reserve() 和 capacity()），
而且更重要的是，deque 容器可以正常存储 bool 类型元素。

1. vector初始化

#include 
#include
using namespace std;
int main()
{
    //下面是几种初始化方法
    //1.
    vectornums1;//成功创建一个空的vector容器。因为容器中没有元素，所以没有为其分配空间。
    //当添加第一个元素（比如使用 push_back() 函数）时，vector 会自动分配内存。4
    nums1.reserve(10);//通过调用 reserve() 成员函数来增加容器的容量。该函数细节在函数成员节讲解
     //2.
    vectornums2{ 10,20,30,40,50 }; //在创建的同时指定初始值以及元素个数
    //3.
    vectornums3(10); //指定元素个数,元素值是默认元素类型等效的值
    
    //4.
    vectornums4(10,2);//不想用 0 作为默认值，也可以指定一个其它值
    //圆括号() 中的 2 个参数，既可以是常量，也可以用变量来表示
    //5.
    int tempCapacity = 10; int tempValue = 2;
    vectornums5(tempCapacity, tempValue);
    //6.
    //通过存储元素类型相同的其它 vector 容器，也可以创建新的 vector 容器
    vectornums6(nums5);
    //在此基础上，如果不想复制其它容器中所有的元素，可以用一对指针或者迭代器来指定初始值的范围
    int array[] = { 1,2,3 };
    std::vectorvalues(array, array + 2);//values 将保存{1,2}
    std::vectorvalue1{ 1,2,3,4,5 };
    std::vectorvalue2(std::begin(value1), std::begin(value1) + 3);//value2保存{1,2,3}
    //由此，value2 容器中就包含了 {1,2,3} 这 3 个元素。
}

2. vector成员函数

1. vector 容器还有一个 std::swap(x , y) 非成员函数（其中 x 和 y 是存储相同类型元素的 vector 容器），它和 swap() 成员函数的功能完全相同，仅使用语法上有差异。
2. 注意，如果 vector 的容量在执行reserve()之前，已经大于或等于 指定参数 个元素，那么这条语句什么也不做；另外，调用 reserve() 不会影响已存储的元素，也不会生成任何元素，即 values 容器内此时仍然没有任何元素。
   还需注意的是，如果调用 reserve() 来增加容器容量，之前创建好的任何迭代器（例如开始迭代器和结束迭代器）都可能会失效，这是因为，为了增加容器的容量，vector 容器的元素可能已经被复制或移到了新的内存地址。所以后续再使用这些迭代器时，最好重新生成一下。
3. emplace_back() 和 push_back() 的区别，就在于底层实现的机制不同。push_back() 向容器尾部添加元素时，首先会创建这个元素，然后再将这个元素拷贝或者移动到容器中（如果是拷贝的话，事后会自行销毁先前创建的这个元素）；而 emplace_back() 在实现时，则是直接在容器尾部创建这个元素，省去了拷贝或移动元素的过程。
4. insert()
   

#include  
#include  
#include  
using namespace std;
int main()
{
    std::vector demo{1,2};
    //第一种格式用法
    demo.insert(demo.begin() + 1, 3);//{1,3,2}

    //第二种格式用法
    demo.insert(demo.end(), 2, 5);//{1,3,2,5,5}

    //第三种格式用法
    std::arraytest{ 7,8,9 };
    demo.insert(demo.end(), test.begin(), test.end());//{1,3,2,5,5,7,8,9}

    //第四种格式用法
    demo.insert(demo.end(), { 10,11 });//{1,3,2,5,5,7,8,9,10,11}
    return 0;
}

5. emplace() 每次只能插入一个元素，而不是多个。 emplace() 在插入元素时，是在容器的指定位置直接构造元素，而不是先单独生成，再将其复制（或移动）到容器中。

    std::vector demo1{1,2};
    //emplace() 每次只能插入一个 int 类型元素
    demo1.emplace(demo1.begin(), 3);//{3,1,2}

6. 删除元素的方法
   

//删除元素{0,1,2,3,4,5,6,7,7,8,9,10}
    nums1.pop_back();//第一种方式{0,1,2,3,4,5,6,7,7,8,9}
    nums1.erase(nums1.end()-1 );//第二种方式{0,1,2,3,4,5,6,7,7,8}
    swap(nums1.at(nums1.size()-2), nums1.at(nums1.size()-1));//{0,1,2,3,4,5,6,7,8,7}
    nums1.pop_back();//{0,1,2,3,4,5,6,7,8}
    //remove后面算法章节专门介绍
    nums1.clear();
    if (nums1.empty()) cout << "The container is empty." << endl;

3. vector随机访问迭代器

和 array 容器不同，vector 容器可以随着存储元素的增加，自行申请更多的存储空间。因此，在创建 vector 对象时，我们可以直接创建一个空的 vector 容器，并不会影响后续使用该容器。但这会产生一个问题，即在初始化空的 vector 容器时，不能使用迭代器。
除此之外，vector 容器在申请更多内存的同时，容器中的所有元素可能会被复制或移动到新的内存地址，这会导致之前创建的迭代器失效。

4. 具体用法代码概览及运行截图

#include 
#include
#include
#include
using namespace std;
int main()
{
    vectornums1{ 1,2,3,4,5 };
    //几种访问元素的方式
    for (int i = 0; i < nums1.size(); ++i) {
        cout << nums1.at(i)<<" ";
    }
    cout << endl;
    for (vector::iterator it = nums1.begin(); it != nums1.end();++it) {
        cout << *it << " ";
    }
    cout << endl;
    cout << "nums1[0] is " << nums1[0] << endl;
    cout << "nums1[1] is " << nums1.at(1)<< endl;
    //添加元素
    //emplace_back()
    nums1.emplace_back(6);//{1,2,3,4,5,6}
    //insert()
    nums1.insert(nums1.begin(), 0);//第一种用法{0,1,2,3,4,5,6}
    nums1.insert(nums1.end(), 2, 7);//第二种用法{0,1,2,3,4,5,6,7,7}
    array test{ 8 };
    nums1.insert(nums1.end(), test.begin(), test.end());//第三种用法{0,1,2,3,4,5,6,7,7,8}
    nums1.insert(nums1.end(), { 9,10 });//第四种用法{0,1,2,3,4,5,6,7,7,8,9,10}
    for (vector::iterator it = nums1.begin(); it != nums1.end(); ++it) cout << *it << " ";
    cout << endl;
    //删除元素{0,1,2,3,4,5,6,7,7,8,9,10}
    nums1.pop_back();//第一种方式{0,1,2,3,4,5,6,7,7,8,9}
    nums1.erase(nums1.end()-1 );//第二种方式{0,1,2,3,4,5,6,7,7,8}
    swap(nums1.at(nums1.size()-2), nums1.at(nums1.size()-1));//{0,1,2,3,4,5,6,7,8,7}
    nums1.pop_back();//{0,1,2,3,4,5,6,7,8}
    //remove后面算法章节专门介绍
    nums1.clear();
    if (nums1.empty()) cout << "The container is empty." << endl;
}

(6)deque(双端队列容器) 1. deque初始化

deque 容器中存储元素并不能保证所有元素都存储到连续的内存空间中。
当需要向序列两端频繁的添加或删除元素时，应首选 deque 容器。
初始化和vector容器一样

2. deque成员函数

1. insert()函数与vector类似

3. deque随机访问迭代器

首先需要注意的一点是，迭代器的功能是遍历容器，在遍历的同时可以访问（甚至修改）容器中的元素，但迭代器不能用来初始化空的 deque 容器。
除此之外，当向 deque 容器添加元素时，deque 容器会申请更多的内存空间，同时其包含的所有元素可能会被复制或移动到新的内存地址（原来占用的内存会释放），这会导致之前创建的迭代器失效。

4. 具体用法代码概览及运行截图

#include 
#include
#include
using namespace std;
int main()
{
	deque d1;
	//插入元素
	d1.emplace_front(1);//在头部添加元素{1}
	d1.emplace_back(2);//在尾部添加元素{1,2}
	d1.insert(d1.begin(), 0);//{0,1,2}
	d1.insert(d1.end(), 2, 3);//{0,1,2,3,3}
	vector a = { 4,5,6 };
	d1.insert(d1.end(), a.begin(), a.end());//{0,1,2,3,3,4,5,6}
	d1.insert(d1.end(), { 7,8 });//{0,1,2,3,3,4,5,6,7,8}
	for (auto it = d1.begin(); it != d1.end(); ++it) {
		cout << *it << " ";
	}
	cout << endl;
	//删除元素
	d1.erase(d1.begin());//{1,2,3,3,4,5,6,7,8}
	d1.erase(d1.begin()+3);//{1,2,3,4,5,6,7,8}
	for (auto it = d1.begin(); it != d1.end(); ++it) {
		cout << *it << " ";
	}
	cout << endl;
	d1.erase(d1.begin(), d1.end());//等同于d1.clear()，删除[left,right)内的元素
	if (d1.empty()) {
		cout << "容器已经清空" << endl;
	}
}

(7)list(双向链表容器）

list 容器中的元素可以分散存储在内存空间里，而不是必须存储在一整块连续的内存空间中。

实际场景中，如何需要对序列进行大量添加或删除元素的操作，而直接访问元素的需求却很少，这种情况建议使用 list 容器存储序列。

1. list初始化

初始化和其他容器大体相似

2. list成员函数

1. splice()用法
   splice() 成员方法移动元素的方式是，将存储该元素的节点从 list 容器底层的链表中摘除，然后再链接到当前 list 容器底层的链表中。这意味着，当使用 splice() 成员方法将 x 容器中的元素添加到当前容器的同时，该元素会从 x 容器中删除。

#include
#include
using namespace std;
int main() {
	list l1{ 1,2,3 };
	for (auto it = l1.begin(); it != l1.end(); ++it) {
		cout << *it << " " ;
	}
	cout << endl;
	list l2(3);
	auto myIterator = l1.begin();
	//作为参数的链表会做出相应的改变
	//第一种用法,myIterator指向的元素不变，而不是指向的位置不变，指向位置跟着元素移动
	l1.splice(myIterator, l2);//{0,0,0,1,2,3}
	for (auto it = l1.begin(); it != l1.end(); ++it) {
		cout << *it << " ";
	}
	cout << endl;
	cout << *myIterator << endl;
	if (l2.empty()) {
		cout << "容器为空" << endl;
	}
	//第二种用法
	listl3;
	l3.splice(l3.begin(), l1, myIterator);//l3{1}
	cout << "l1:" << endl;
	for (auto it = l1.begin(); it != l1.end(); ++it) {
		cout << *it << " ";
	}
	cout << endl;
	cout << "l3:" << endl;
	for (auto it = l3.begin(); it != l3.end(); ++it) {
		cout << *it << " ";
	}
	cout << endl;
	
	cout << *myIterator << endl;
	auto pointer = l1.begin();
	pointer++; pointer++; pointer++;//因为双向迭代器没有+3，所以只能++3次
	l3.splice(l3.end(), l1,pointer, l1.end());
	cout << "l1:" << endl;
	for (auto it = l1.begin(); it != l1.end(); ++it) {
		cout << *it << " ";
	}
	cout << endl;
	cout << "l3:" << endl;
	for (auto it = l3.begin(); it != l3.end(); ++it) {
		cout << *it << " ";
	}
}

2.remove_if()
全局函数： remove_if(iterator begin,iterator end,回调函数)
list成员函数： remove_if(回调函数)//默认查找整体
前两个参数表示迭代的起始位置和对应的停止位置。
其中第三个参数，回调函数返回值为bool类型，如果返回真值，则将当前所指元素移动到容器最后。
remove_if()返回值是被移动到最后面的元素的首位置。
因为只是把要删除的元素移动到最后面，没有实现真正意义上的删除，所以这个函数常常搭配erase()函数使用。
下面是一个例子：

#include
#include
using namespace std;
bool myFunction(int temp) {
	return {temp==2};
}
int main() {
	list l1{ 0,0,0,0,0,1,1,2,2 };
	list l2{ 0,0,0,0,0,1,1,2,2 };
	cout << "l1:" << endl;
	for (auto it = l1.begin(); it != l1.end(); ++it) {
		cout << *it << " ";
	}
	cout << endl;
	cout << "l2:" << endl;
	for (auto it = l2.begin(); it != l2.end(); ++it) {
		cout << *it << " ";
	}
	cout << endl;
	l1.remove_if(myFunction);
	cout << "l1:" << endl;
	for (auto it = l1.begin(); it != l1.end(); ++it) {
		cout << *it << " ";
	}
	cout << endl;
	l2.erase(remove_if(l2.begin(), l2.end(), myFunction), l2.end());
	cout << "l2:" << endl;
	for (auto it = l2.begin(); it != l2.end(); ++it) {
		cout << *it << " ";
	}
	
}

3. unique()函数

void unique()
void unique（BinaryPredicate）//传入一个二元谓词函数

#include 
#include 
using namespace std;
//二元谓词函数
bool demo(double first, double second)
{
    //从头进行遍历，直到满足条件first才会编程
    return (int(first) == int(second));
}

int main()
{
    list mylist{ 1,1.2,1.2,3,4,4.5,4.6 };
    //删除相邻重复的元素，仅保留一份
    mylist.unique();//{1, 1.2, 3, 4, 4.5, 4.6}

    for (auto it = mylist.begin(); it != mylist.end(); ++it)
        cout << *it << ' ';
    cout << endl;
    //demo 为二元谓词函数，是我们自定义的去重规则
    mylist.unique(demo);

    for (auto it = mylist.begin(); it != mylist.end(); ++it)
        std::cout << *it << ' ';
    return 0;
}

3. list双向迭代器

假设 p1 和 p2 都是双向迭代器，则它们支持使用

• ++p1、 p1++、 p1–、 p1++、 *p1、 p1==p2 以及 p1!=p2 运算符，

但不支持以下操作（其中 i 为整数）：

1. p1[i]：不能通过下标访问 list 容器中指定位置处的元素。
2. p1-=i、 p1+=i、 p1+i 、p1-i：双向迭代器 p1 不支持使用 -=、+=、+、- 运算符。
3. p1p2、 p1<=p2、 p1>=p2：双向迭代器 p1、p2 不支持使用 <、 >、 <=、 >= 比较运算符。

list 容器在进行插入（insert()）、接合（splice()）等操作时，都不会造成原有的 list 迭代器失效，甚至进行删除操作，而只有指向被删除元素的迭代器失效，其他迭代器不受任何影响。

4. 具体用法代码概览及运行截图

#include
#include
using namespace std;
bool myFunction(int temp) {
	return {temp==2};
}
int main() {
	list l1{ 0,0,0,0,0,1,1,2,2 };
	l1.emplace_front(100);//{ 100,0,0,0,0,0,1,1,2,2 }
	l1.emplace_back(200);//{ 100,0,0,0,0,0,1,1,2,2,200}
	for (auto it = l1.begin(); it != l1.end(); ++it) {
		cout << *it << " ";
	}
	cout << endl;
	l1.remove(0);//{ 100,1,1,2,2,200}
	for (auto it = l1.begin(); it != l1.end(); ++it) {
		cout << *it << " ";
	}
	cout << endl;
	l1.erase(remove_if(l1.begin(),l1.end(),myFunction),l1.end());//{100,1,1,200}
	for (auto it = l1.begin(); it != l1.end(); ++it) {
		cout << *it << " ";
	}
	cout << endl;
	l1.unique();//{100,1,200}
	for (auto it = l1.begin(); it != l1.end(); ++it) {
		cout << *it << " ";
	}
	cout << endl;
}

(8)forward_list(单向链表容器)

因为与list类似，不再介绍。