【c++】22. STL容器的底层实现详解
文章目錄
- 順序容器
- vector(向量容器)
- deque(雙端隊列)
- list
- 關聯容器
- set（集合）
- multiset
- map（key,value）
- multimap
順序容器
vector(向量容器)
- 特點
- 內存可2倍增長的動態數組
- 數據結構：線性連續空間
- 維護三個迭代器：start、finish、end_of_storage
注意：動態增加大小，并不是在原空間之后接續新空間（因為無法保證之后尚有可供分配的空間），而是每次再分配原大小兩倍的內存空間。因此，對vector的任何操作，一旦引起空間重新配置，指向原vector的所有迭代器就都失效了。
- 成員函數
| assign(first,last) | 用迭代器first,last所指定的元素取代容器中的元素 |
| assign(num,val) | 用val的num份副本取代2元素 |
| at(n) | 等價于[]運算符，返回容器中位置n的元素 |
| front() | 返回容器中第一個元素的引用 |
| back() | 返回容器中最后一個元素的引用 |
| begin() | 返回容器中第一個元素的迭代器 |
| end() | 返回容器中最后一個元素的下一個迭代器(不可解引用) |
| max_size() | 返回容器類型的最大容量（2^30-1=0x3FFFFFFF） |
| capacity() | 返回容器當前開辟的空間大小 |
| size() | 返回容器中現有元素的個數（<=capacity） |
| clear() | 清空容器中所有元素 |
| empty() | 如果容器為空，返回真 |
| erase(start,end) | 刪除迭代器[start ,end)所指定范圍內的元素 |
| erase(i) | 刪除迭代器i所指向的元素,返回指向刪除元素下一位置的迭代器 |
| insert(i,x) | 把x插入到迭代器i所指定的位置之前 |
| insert(i,n,x) | 把x的n份副本插入到迭代器i所指定的位置之前 |
| insert(i,start,end) | 在i位置插入在[start,end)區間的數據,無返回值。 |
| push_back(x) | 尾插 |
| op_back() | 刪除容器最后一個元素 |
| rbegin() | 返回一個反向迭代器，該迭代器指向的元素越過了容器中的最后一個元素 |
| rend() | 返回一個反向迭代器，該迭代器指向容器中第一個元素 |
| reverse() | 反轉元素順序 |
| resize(n,x) | 把容器的大小改為n,新元素的初值賦為x |
| swap(vector1) | 交換2個容器的內容 |
deque(雙端隊列)
-
特點
-
數據結構：一種雙向開口的存儲空間分段連續的數據結構，每段數據空間內部是連續的，而每段數據空間之間則不一定連續
-
deque與vector的最大差異 :
1.允許常數時間內對起首端進行元素的插入和刪除
2.deque沒有所謂的容量概念，因為它是以分段連續空間組合而成，隨時可以增加一段新的空間并連接起來
上圖deque有四部分數據空間，這些空間都是程序運行過程中在堆上動態分配的。
中控器（map）保存著一組指針，每個指針指向一段數據空間的起始位置，通過中控器可以找到所有的數據空間。如果中控器的數據空間滿了，會重新申請一塊更大的空間，并將中控器的所有指針拷貝到新空間中。 -
deque采用一塊所謂的map（注意，不是STL的map容器）作為主控。這里所謂map是一小塊連續空間，其中每個元素（此處稱為一個節點，node）都是指針，指向另一段（較大的）連續線性空間，稱為緩沖區。緩沖區才是deque的儲存空間主體
-
deque 的迭代器
deque的迭代器由四個屬性組成，這四個屬性是我們隨機訪問一個容器內元素的必要成分。
1.node用于指向的“第一維”的某個位置，該位置對應要訪問元素的入口地址
2.剩下的三個屬性則用于“第二維”，[first,last)規定了訪問本區間元素的邊界條件，而curr則指向實際我們要訪問的元素。
1.start迭代器:綁定到第一個有效的map結點和該結點對應的緩沖區。
2.finish迭代器:綁定到最后一個有效的map結點和該結點對應的緩沖區。
舉例：
假設deque中存儲20個元素，每個緩沖區大小為8，則需要20/8=3個緩沖區，所以map中會運用3個節點。deque的begin()和end()始終會返回map中節點的頭和尾，名為start和finish，其中，start的cur指向第一個緩沖區中的首元素，finish的cur指向最后一個緩沖區的最后一個元素的下一位置。
- deque緩沖區擴充
注意：從上圖來看，如果無窮盡的向deque中存儲數據，map所含有的緩沖區也會填滿的。也就是說，當map的前端節點或后端節點備用空間不足時，map也需要重新配置，依然是經過三個步驟：配置更大的、拷貝原來的、釋放原空間。
- 成員函數
| c.assign(beg,end) | 將[beg; end)區間中的數據賦值給c。 |
| c.assign(n,elem) | 將n個elem的拷貝賦值給c。 |
| c.at(idx) | 傳回索引idx所指的數據，如果idx越界，拋出out_of_range。 |
| c.back() | 返回最后一個數據，不檢查這個數據是否存在。 |
| c.begin() | 返回迭代器的第一個數據。 |
| c.clear() | 移除容器中所有數據。 |
| deque | 創建一個空的deque。 |
| deque c1(c2) | c復制一個deque。 |
| deque c(n) | 創建一個deque，含有n個數據，數據均已缺省構造產生。 |
| deque c(n, elem) | 創建一個含有n個elem拷貝的deque。 |
| deque c(beg,end) | 創建一個以[beg;end)區間的deque。 |
| c.~deque() | 銷毀所有數據，釋放內存。 |
| c.empty() | 判斷容器是否為空。 |
| c.end() | 指向迭代器中的最后一個數據地址。 |
| c.erase(pos) | 刪除pos位置的數據，返回下一個數據的位置。 |
| c.erase(beg,end) | 刪除[beg,end)區間的數據，返回下一個數據的位置。 |
| c.front() | 返回容器的第一個元素。 |
| get_allocator | 使用構造函數返回一個拷貝。 |
| c.insert(pos,elem) | 在pos位置插入一個elem拷貝，傳回新數據位置。 |
| c.insert(pos,n,elem) | 在pos位置插入>n個elem數據。無返回值。 |
| c.insert(pos,beg,end) | 在pos位置插入在[beg,end)區間的數據。無返回值。 |
| c.max_size() | 返回容器中最大數據的數量。 |
| c.pop_back() | 刪除最后一個數據。 |
| c.pop_front() | 刪除頭部數據。 |
| c.push_back(elem) | 在尾部加入一個數據。 |
| c.push_front(elem) | 在頭部插入一個數據。 |
| c.rbegin() | 傳回一個反向隊列的第一個數據。 |
| c.rend() | 傳回一個反向隊列的最后一個數據的下一個位置。 |
| c.resize(num) | 重新指定隊列的長度。 |
| c.size() | 返回容器中實際數據的個數。 |
| c1.swap(c2) | 將c1和c2元素互換 |
| swap(c1,c2) | 將c1和c2元素互換。 |
list
-
特點
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有效利用空間
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數據結構：環狀雙向鏈表
-
插入(insert)和接合(splice)操作都不會造成原來list的迭代器失效
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刪除（erase）操作僅僅使“指向被刪除元素”的迭代器失效，其它迭代器不受影響
-
隨機訪問比較慢
插入一個結點
- 成員函數
| assign() | 給list賦值 |
| back() | 返回最后一個元素 |
| begin() | 返回指向第一個元素的迭代器 |
| clear() | 刪除所有元素 |
| empty() | 如果list是空的則返回true |
| end() | 返回末尾的迭代器 |
| erase() | 刪除一個元素 |
| front() | 返回第一個元素 |
| get_allocator() | 返回list的配置器 |
| insert() | 插入一個元素到list中 |
| max_size(） | 返回list能容納的最大元素數量 |
| merge() | 合并兩個list |
| pop_back() | 刪除最后一個元素 |
| pop_front() | 刪除第一個元素 |
| push_back() | 在list的末尾添加一個元素 |
| push_front() | 在list的頭部添加一個元素 |
| rbegin() | 返回指向第一個元素的逆向迭代器 |
| remove() | 從list刪除元素 |
| remove_if() | 按指定條件刪除元素 |
| rend() | 指向list末尾的逆向迭代器 |
| resize() | 改變list的大小 |
| reverse() | 把list的元素逆序 |
| size() | 返回list中的元素個數 |
| sort() | 給list排序 |
| splice() | 合并兩個list |
| swap() | 交換兩個list |
| unique() | 刪除list中重復的元素 |
關聯容器
set（集合）
- 特點
- 數據結構：底層使用平衡的搜索樹——紅黑樹實現
- 插入刪除操作時僅僅需要指針操作節點即可完成，不涉及到內存移動和拷貝
- set中元素都是唯一的，而且默認情況下會對元素自動進行升序排列
- 支持集合的交(set_intersection),差(set_difference) 并(set_union)，對稱差 (set_symmetric_difference) 等一些集合上的操作
- 成員函數
| begin() | 返回容器的第一個迭代器 |
| end() | 返回容器的最后元素的下一個迭代器 |
| clear() | 刪除容器中的所有元素 |
| empty() | 判斷容器是否為空 |
| insert() | 插入一個元素 |
| erase() | 刪除一個元素 |
| size() | 返回當前容器的元素個數 |
| rbegin() | 返回尾元素的逆向迭代器指針 |
| reverse_iterator rend() | 返回首元素前一個位置的迭代器指針 |
| find() | 查找一個元素，不存在返回s.end() |
| lower_bound() | 返回第一個大于或等于給定關鍵值的元素 |
| upper_bound() | 返回第一個大于給定關鍵值的元素 |
| swap() | 交換兩個集合元素 |
注意：
- set內部元素也是以鍵值對的方式存儲的，只不過它的鍵值與實值相同
- set中不允許存放兩個實值相同的元素
- 迭代器是被定義成const iterator的，說明set的鍵值是不允許更改的，并且不允許通過迭代器進行修改set里面的值
multiset
- 特點
- 數據結構：底層實現與set一樣，也采用了紅黑樹
- 允許插入重復的鍵值，使用insert_equal機制
- 插入、刪除操作的時間復雜度為O(log2n)
- 成員函數用法同set
map（key,value）
-
特點
-
map中key的值是唯一的
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數據結構：紅黑樹變體的平衡二叉樹數據結構
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提供基于key的快速檢索能力
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元素插入是按照排序規則插入的，不能指定位置插入
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對于迭代器來說，可以修改實值，而不能修改key。
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根據key值快速查找,查找的復雜度基本是log2n
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成員函數
| begin() | 返回指向map頭部的迭代器 |
| clear() | 刪除所有的元素 |
| count() | 返回指定元素出現的次數 |
| empty() | 判斷容器是否為空 |
| end() | 返回指向map末尾的迭代器 |
| get_allocator() | 返回map的配置器 |
| insert() | 添加元素 |
| lower_bound() | 返回鍵值>=給定元素的第一個位置 |
| upper_bound() | 返回>給定元素的第一個元素 |
| max_size() | 返回可以容納的最大元素個數 |
| rbegin() | 返回一個指向map尾部的逆向迭代器 |
| rend() | 返回一個指向map頭部的逆向迭代器 |
| find(k) | 返回指向第一個與鍵 k 匹配的 pair 的迭代指針，沒找到返回指向map尾部的迭代器 |
| erase() | 刪除迭代器所指向的元素 |
| swap() | 兩個容器交換 |
| size() | 返回map中元素的個數 |
注意：
map在進行插入的時候是不允許有重復的鍵值的，如果新插入的鍵值與原有的鍵值重復則插入無效，可以通過insert的返回的pair中第二個bool型變量來判斷是否插入成功來判斷是否成功插入.
- 1
舉例：
#include<iostream> #include<map> using namespace std; int main() {map<int, int> m;m.insert(pair<int, int>(1, 10));pair<map<int, int>::iterator, bool> ret;ret = m.insert(pair<int, int>(1, 20));if (ret.second){cout << "成功" << endl;}else{cout << "失敗" << endl;}multimap
- 特點
- 與 map 不同，multimap 可以包含重復鍵
比如：
1.在電話簿中相同的人可以有兩個以上電話號碼 2.文件系統中可以將多個符號鏈接映射到相同的物理文件 3.DNS服務器可以將幾個URL映射到相同的IP地址- 成員函數
| begin() | 返回指向第一個元素的迭代器 |
| clear() | 刪除所有元素 |
| count() | 返回一個元素出現的次數 |
| empty() | 如果multimap為空則返回真 |
| end() | 返回一個指向multimap末尾的迭代器 |
| equal_range(k) | 該函數查找所有與 k 關聯的值。返回迭代指針的 pair，它標記開始和結束范圍 |
| erase() | 刪除元素 |
| find() | 查找元素 |
| get_allocator() | 返回multimap的配置器 |
| insert() | 插入元素 |
| key_comp() | 返回比較key的函數 |
| lower_bound() | 返回鍵值>=給定元素的第一個位置 |
| max_size() | 返回可以容納的最大元素個數 |
| rbegin() | 返回一個指向mulitmap尾部的逆向迭代器 |
| rend() | 返回一個指向multimap頭部的逆向迭代器 |
| size() | 返回multimap中元素的個數 |
| swap() | 交換兩個multimaps |
| upper_bound() | 返回鍵值>給定元素的第一個位置 |
| value_comp() | 返回比較元素value的函數 |
equal_range()函數應用舉例：
#include<iostream> #include<map> using namespace std;int main()
{
multimap<int, int> m;
m.insert(pair<int,int>(1, 10));
m.insert(pair<int, int>(1, 20));
m.insert(pair<int, int>(1, 30));
m.insert(pair<int, int>(2, 21));
m.insert(pair<int, int>(2, 22));
m.insert(pair<int, int>(3, 31));
m.insert(pair<int, int>(3, 32));
注意:
總結
以上是生活随笔為你收集整理的【c++】22. STL容器的底层实现详解的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。
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