STL 第九日：容器篇总结

最新推荐文章于 2025-04-28 22:26:13 发布

Ym影子

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分类专栏： STL模板库温习之路

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本文深入解析了STL中的vector、list、deque、stack与queue等容器的特点与应用场景，包括它们的空间特性、操作方法及注意事项。

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私房STL之vector

一句话vector：vector的空间可扩充，支持随机存取访问，是一段连续线性的空间。所以它是动态空间，与之对比的array是静态的空间，不可扩充。简单来说，vector是数组的增强版。

vector创建与遍历

vector提供了几个版本的构造函数。详见：http://www.cplusplus.com/reference/stl/vector

比如：

vector<int> iv(3,3);	/*3,3,3*/

又或：

......
vector<int>::iterator beg = iv.begin(),
end = iv.end();
cout << *beg << endl;
......

vector删除

在经常需要删除操作earse()（插入操作也一样insert()）的地方，不建议使用vector容器，因为删除元素会导致内存的，无疑增加系统开销。最为极端的情况，删除vector首部的元素：

a b c d e f g h
b c d e f g h h
b c d e f g h

当然，有更好的做法，为了避免内存，在删除的时候，将需要删除的目标与vector尾端的元素交换，然后才执行删除操作，但这无疑也增加了一个指向vector尾端元素的空间开销。

a b c d e f g h
h b c d e f g a
h b c d e f g

vector陷阱

需要注意的是，vector备用空间是有限的，当发现备用空间不够用的时候，vector是另外新分配一个比原有更大的空间（原有空间*2），然后把原有的内容倒腾到新的空间上去，接着释放原有的空间。所以迭代器的使用就要特别小心了，在插入元素之后，很可能之前声明定义的迭代器都失效了。

......
vector<int> iv(3,3);

iv.push_back(10);	/*3,3,3,10*/

vector<int>::iterator beg = iv.begin(),
	end = --iv.end();

cout << iv.size() << " " << *beg << " " << *end << endl;	/*4 3 10*/

iv.push_back(20);
cout << iv.size() << " " << *beg << " " << *end << endl;	/*bomb.invalid iterator.*/
......

bomb！！！

vector元素排序

#include <iostream>
#include <vector>
#include <algorithm>
using namespace std;

int main()
{	
	vector<int> iv(3,3);
	unsigned int i;

	/*add new elem.*/
	iv.push_back(10);
	iv.push_back(9);
	iv.push_back(0);

	vector<int>::iterator beg = iv.begin(),
		end = iv.end();

	/*print.*/
	for(i=0; i<iv.size(); i++)
		cout << iv[i] << " ";
	cout << endl;

	/*sort.*/
	sort(beg,end);

	/*print.*/
	for(i=0; i<iv.size(); i++)
		cout << iv[i] << " ";
	cout << endl;

	return 0;
}

3 3 3 10 9 0
0 3 3 3 9 10
请按任意键继续. . .

vector查找

按上述遍历元素的方法查找，复杂度为O(n)。STL算法实现了find()，可以在指定的迭代器始末寻找指定的元素。

......
vector<int> iv(3,3);
unsigned int i;

/*add new elem.*/
iv.push_back(10);
iv.push_back(9);
iv.push_back(0);

vector<int>::iterator beg = iv.begin(),
	end = iv.end(),
	ret;

ret = find(beg,end,10);

cout << *ret << endl;
......

建议

之于array，vector虽略胜一筹，但有它的硬伤，那就是它动态增大的时候，空间操作耗费大，特别是当vector内的元素很多的时候。

vector还提供insert，earse，clear等元素的操作，不一一复述。最后是很不错的vector文档：http://www.cplusplus.com/reference/stl/vector/

本文完 2012-10-16

捣乱小子 http://www.daoluan.net/

私房STL之list

一句话list：list是我们在数据结构中接触过的双向循环链表，应用有约瑟夫环；可见其空间非连续的，但可以动态扩充，效率很高，只是不支持随机访问，必须通过迭代器找到指定的元素。总的来说，list用起来比较顺手。

list_node

list的查找

按上述遍历元素的方法查找，复杂度为O(n)。STL算法实现了find()，可以在指定的迭代器始末寻找指定的元素。

......
list<int> il;

il.push_back(5);
il.push_back(98);
il.push_back(7);
il.push_back(20);
il.push_back(22);
il.push_back(17);

list<int>::iterator ite;
ite = find(il.begin(),il.end(),20);
cout << *ite << endl;/*20*/
......

list创建与遍历

STL中也为list实现了几个版本的构造函数：http://www.cplusplus.com/reference/stl/list/list/，有最简单缺省的版本。

list的遍历使用迭代器，如下：

#include <iostream>
#include <list>
#include <algorithm>
using namespace std;

int main()
{	
	unsigned int i;
	list<int> il;

	il.push_back(5);
	il.push_back(98);
	il.push_back(7);
	il.push_back(20);
	il.push_back(22);
	il.push_back(17);

	list<int>::iterator ite;
	for(ite = il.begin(); ite != il.end(); ite++)
		cout << *ite << " ";
	cout << endl;

	return 0;
}

list在空间拓展的时候，没有经历vector式的空间倒腾，所以只要不earse元素，指向它ite是不会失效的。

list元素操作

list有提供pop_back,erase,clear,insert等实用的元素操作，不一一复述，给出有用的文档：http://www.cplusplus.com/reference/stl/list/

list排序

STL算法（<algorithm>）实现的sort只适用于支持随机访问的数据，所以它不适用于list，list不支持随机访问。所以list内部实现了自己的sort，内部排序使用使用迭代版本的快排。

unsigned int i;
list<int> il;

il.push_back(5);
il.push_back(98);
il.push_back(7);
il.push_back(20);
il.push_back(22);
il.push_back(17);

list<int>::iterator ite;
for(ite = il.begin(); ite != il.end(); ite++)
	cout << *ite << " ";
cout << endl;

il.sort();

for(ite = il.begin(); ite != il.end(); ite++)
	cout << *ite << " ";
cout << endl;

return 0;

5 98 7 20 22 17
5 7 17 20 22 98
请按任意键继续. . .

建议

list使用轻松自如，硬伤是由于空间的个性（不连续），不能随机访问。

本文完 2012-10-16

捣乱小子 http://www.daoluan.net/

私房STL之deque

一句话deque：deque是双端队列，它的空间构造并非一个vector式的长数组，而是“分段存储，整体维护”的方式；STL允许在deque中任意位置操作元素（删除添加）（这超出了deque的概念，最原始的deque将元素操作限定在队列两端），允许遍历，允许随机访问（这是假象）；我们将看到，deque将是STL中stack和queue的幕后功臣，对deque做适当的修正，便可以实现stack和queue。

bug,deque_in_real

deque的迭代器

deque的迭代器与一般的迭代器不同，并不是vector或者list的普通指针式迭代器，有必要写下。

......
typedef T map_pointer;
T* cur;//指向当前元素
T* first;//指向缓冲区头
T* last;//指向缓冲区尾巴
map_pointer node;//二级指针，指向缓冲区地址表中的位置
......

实现的复杂度可见一斑。正是因为deque复杂的空间结构，其迭代器也想跟着复杂晦涩。于是很容易令人产生异或！

为什么要用这么复杂的空间结构

同学A会疑问：“为什么不直接使用似vector抑或array一个长的数组？这样实现起来简单，而且迭代器也不会像”这个问题很容易被解决，想想：array就不用解释了，因为它是静态的空间，不支持拓展；另外，回想一下，vector在做空间拓展的时候，是如何劳神伤肺？！vector是依从“重新配置，，释放”规则，这样的代价是很划不来的。所以宁愿实现复杂的迭代器，来换取宝贵的计算机资源。

那么deque在做空间拓展的时候是如何做的呢？

如果缓冲区中还有备用的空间，那么直接使用备用的空间；否则，另外配置一个缓冲区，将其信息记录到缓冲区地址表里；更有甚者，如果缓冲区地址表都不够的时候，缓冲区地址表也要严格依从“重新配置，，释放”规则，但相比对“重新配置，，释放”规则宗教式追狂热的vector而言，效率高很多。

deque的创建与遍历

STL中deque有提供多种版本的构造函数，一把使用缺省构造函数。

......
deque<int> id;
......

同样，虽迭代器庞杂，但使用游刃有余，和其他的容器保持一致；并且，迭代器有重载“[]”运算符，所以支持“随机访问”（其实这是假象，详见上述内容）。

......
deque<int> id;

id.push_back(1);
id.push_back(2);
id.push_back(3);
id.push_back(4);
id.push_back(5);
id.push_back(6);

cout << id[2] << endl;	/*3*/
......

deque的查找

有迭代器在，查找可以用STL<algorithm>内部实现的find()。当然，有重载“[]”运算符，按普通的顺序查找也可行。这里只给出迭代器版本：

......
deque<int> id;

id.push_back(1);
id.push_back(2);
id.push_back(6);

deque<int>::iterator ite;

ite = find(id.begin(),id.end(),6);
cout << *ite << endl;	/*6*/
......

deque的排序

我们已经知道，deque实际不是连续的存储空间，它使用了“分段存储，整体维护”的空间模式，当然代价是庞杂的迭代器。所以STL<algorithm>的sort()函数在这里并不适用。侯杰老师推荐，将deque所有的元素倒腾到一个vector中，再用STL<algorithm>的sort()函数，再从vector中倒腾进deque中。这种折腾是必须的，直接在的deque内部进行排序，效率更低。

建议

deque在实际的应用当中使用的比较少，但正如文章开头指出的，它是容器stack和queue的幕后功臣，所以了解它的内部实现机制多多益善。

本文完 2012-10-17

捣乱小子 http://www.daoluan.net/

私房STL之stack与queue

一句话stack和queue：相对于deque，stack和queue没有那么底层，他们大部分底层的操作都由deque一手操办，特别的stack和queue是deque的子集（换句话说，stack、queue管deque叫老爹）；通过关闭或者限制deque的一些接口就可以轻易实现stack和queue（STL源码剖析中管这种机制叫“adapter”。）；由stack和queue的定义来看，它们的遍历动作是不被允许的，没有迭代器概念；有趣的是，通过修改list的接口，同样可以让list假冒stack和queue。

stack

==================

queue

stack的创建与遍历

除了默认的构造函数，stack和其他很多容器一样，支持依据vector中元素创建stack。只给出默认版本：更多的资料：http://www.cplusplus.com/reference/stl/stack/stack/

.....
stack<int> is;

is.push(4);
is.push(3);
is.push(2);
is.push(1);
is.push(0);

while(!is.empty())
{
	cout << is.top() << " ";
	is.pop();
}//	while	/*0 1 2 3 4*/
.....

stack不允许遍历！

queue的创建与遍历

......
queue<int> iq;

iq.push(4);
iq.push(3);
iq.push(2);
iq.push(1);
iq.push(0);

cout << iq.back() << endl;	/*0*/

while(!iq.empty())
{
	cout << iq.front() << " ";
	iq.pop();
}//	while	/*4 3 2 1 0*/
......

queue不允许遍历！

stack/queue的查找和排序

stack/queue不允许遍历！

关于stack的top()和pop()

在数据结构的课程中，习惯将上面两个功能都整合到pop中去，但STL分开了，一个函数只做一件事情，在queue中也是这样做的。

......
Sequence c;		//	底层容器
......
reference top()	{	return c.back();	}
void pop()	{	c.pop_back();	}
......

从Sequence c的定义当中可以看出一些端倪，stack允许用户选定底层容器，所以list此时可以作为底层容器来实现stack/queue。

......
stack<int,list<int>> is;

is.push(4);
is.push(3);
is.push(2);
is.push(1);
is.push(0);

while(!is.empty())
{
	cout << is.top() << " ";
	is.pop();
}//	while	/*0 1 2 3 4*/
......