简述C++ STL 序列式容器与配接器
时间:2023-04-26 14:37:00
容器概述
C 该标准提供以下容器或容器配接器:
序列式容器 | 配接器 | 关联式容器 | 不定序相关容器 |
---|---|---|---|
array | stack | set | unordered_set |
vector | queue | map | unordered_map |
list | priority_queue | multiset | unordered_multiset |
deque | multimap | unordered_multimap | |
forward_list |
序列式容器
array
array是静态连续空间,一旦配置,尺寸不能改变。
是数组,除了缺乏空间灵活性外,还有其他的vector很像。用的少,一般用。vector这里就不多说了。
vector
vector数据安排和操作模式array非常相似。两者唯一的区别在于空间使用的灵活性。
- array一旦配置不能改变,就是静态空间;
- vector它是一个动态空间。随着元素的加入,内部机制将扩大空间以容纳新元素。
vector维护的是连续线性空间,指针是普通指针。
vector<int>::iterator iter;
那么iter其实就是int*
类型。
两个迭代器start和finish它们是连续空间中使用的空间,end_of_storage指向整个连续空间的末端。
为降低频繁空间配置带来的成本,vector实际配置的大小会比客户需求的更大一些,以备将来可能的扩充。这便是capacity的概念。
- [start,finish]是size();
- [start, end_of_storage]是capacity();
- [finish, end_of_storage]是备用空间。
一旦size() == capacity(),满载。下次会有新的元素,整个元素。vector就要另觅他所了。“另觅他所”的过程会经历“重新配置大空间,元素移动,释放原空间”这一系列动作,工程浩大。
所谓的动态增加不是在原始空间后继续新的空间(因为原始空间后不能保证可供配置的空间),而是为了原始空间大小的两倍此外,配置大空间,然后复制原始内容,然后开始在原始内容后面构建新元素,释放原始空间。
因此,对vector一旦空间重新配置,任何操作都指向原始vector所有迭代器都失效了,这是一个常见的错误,一定要小心。
list
list它是环形双向链表。它的优点是每次插入或删除一个元素时,都会配置或释放一个元素空间和vector相比,list更准确地利用空间,绝不浪费。并且插入或移除任何位置的元素,list永远是常数时间。
vector和list适用场景如下:
- 元素多寡
- 元素的结构复杂性(是否有non-trival copy constructor, non-trival copy assignment operator)
- 元素存取行为的特征
list节点结构如下:
template <class T> struct __list_node{
typedef void* void_pointer; void_pointer prev; void_pointer next; T data; };
由于list内存空间不能保证是连续的,此其迭代器不再是普通指针。list迭代器必须有能力指向list并进行正确的递增、递减、取值、成员访问等操作。
list大多数操作不会使迭代器失效。即使删除了操作,也只有指向被删除元素的迭代器失效。
由于list它是一个环形双向链表,所以它只需要一个指针就能完全遍历整个链表。
对于insert操作时,新节点将位于哨兵迭代器(标记插入点)所指节点的前方STL插入操作的标准和规范。
deque
vector是单向开口的连续线性空间,deque它是一个双向开口的线性连续空间。所谓双向开口,就是元素的插入和删除可以头尾两端进行。
deque其实是动态的分段连续空间的组合。然而,在用户看来,这些分段的连续空间确实是整个连续空间,这实际上是deque假象。这种假象是由deque的中控器map(注意,不STL中的map负责维护的容器)。
这个map可以理解为映射,指向一小段连续内存空间,空间中的每个元素都是指针,每个指针都指向deque在连续空间中的某一段。每段默认为512字节。
forward_list
forward_list是单向链表。
前面说过,对insert操作时,新节点将位于哨兵迭代器(标记插入点)所指节点的前方STL插入操作的标准和规范。
但是forward_list作为一个单向链表,它没有方便的方法回头确定前一个位置,它只能从头开始,所以除了forward_list在起点附近的区域外,在其他位置insert()或erase()很慢,对此,forward_list特别提供了insert_after()和erase_after()。
出于效率考虑,它不提供push_back(),只提供push_front()。
Adapter(配接器)
stack
STL中的stack其实不算是container,而是adapter,因为其底层默认是deque,把deque的头端封闭,便形成一个stack。
具有“修改某物接口,形成另一种风貌”之性质者,谓之adapter。
除了deque,list也是双向开口的,所以list也可以做stack的底层结构。
queue
queue是先进先出(FIFO)的数据结构。它有两个出入口,但都是被限制的,尾端只进不出,头端只出不进。除了尾端进,头端出之外,没有其他方法存取queue的其他元素,即queue也是不允许遍历的,自然也就没有迭代器了。
queue也是一种adapter,它同stack一样,默认以deque作为底层结构,list同样也可以做其底层结构。
把deque的头端入口和尾端出口,就成了一个queue。
priority_queue
priority_queue是拥有权值观念的queue。
所谓拥有权值观念,可以理解为有序的,其内的元素并非按照加入的次序排列,而是按照元素的权值排列,权值最高者排在最前边。
默认状态下,priority_queue是用一个大根堆(max-heap)来完成,而大根堆是一个以vector表现得完全二叉树。
大根堆:max-heap,父节点值大于或等于子节点值的完全二叉树;
小根堆:min-heap,父节点值小于或等于子节点值的完全二叉树。
所以,priority_queue是以vector为底层结构,辅以heap处理规则来实现的,所以它也是一种adapter。
priority_queue也不允许遍历,自然也没有迭代器。