C++专题--标准模板库STL

c++专题-标准模板库STL

  • 1   标准模板库概述
  • 2   序列式容器
    •   2.1 vector 容器
    •   2.2 deque 容器
    •   2.3 list 容器
  • 3   关联式容器
  • 4   无序关联容器
  • 5   容器适配器
    •   5.1 STL容器适配器的种类
    •   5.2 stack容器适配器
    •   5.3 queue容器适配器
    •   5.3 priority_queue容器适配器

1   标准模板库概述

STL，英文全称 standard template library，中文可译为标准模板库或者泛型库，其包含有大量的模板类和模板函数，是 C++ 提供的一个基础模板的集合，用于完成诸如输入/输出、数学计算等功能
 

容器的分类

 

在这里插入图片描述

2   序列式容器

  2.1 vector 容器

  2.2 deque 容器

  2.3 list 容器

 

STL list 容器，又称双向链表容器，即该容器的底层是以双向链表的形式实现的。这意味着，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 st 容器中各个元素的前后顺序是靠指针来维系的，每个元素都配备了 2 个指针，分别指向它的前一个元素和后一个元素。其中第一个元素的前向指针总为 null，因为它前面没有元素；同样，尾部元素的后向指针也总为 null。

基于这样的存储结构，list 容器具有一些其它容器（array、vector 和 deque）所不具备的优势，即它可以在序列已知的任何位置快速插入或删除元素（时间复杂度为O(1)）。并且在 list 容器中移动元素，也比其它容器的效率高
 

  1. list 容器的创建
/**** list 相关的方法测试* @brief AdapterTest::listTest* @return*/
int32 AdapterTest::listTest()
{// 创建一个没有任何元素的空list容器std::list<int32> li1;// 创建一个包含n个元素的list容器std::list<int32> li2(10);// 创建一个包含n个元素的list容器，并为每个元素指定初始值std::list<int32> li3(10,8);// 在已有 list 容器的情况下,通过拷贝该容器可以创建新的list容器std::list<int32> li4(li3);// 采用此方式，必须保证新旧容器存储的元素类型一致std::list<int32> testList;for(int i = 0; i < 100;i+=10){if ((i & 1) == 0){testList.push_back(i);}}cout << "size : " << testList.size() << endl;// begin()  返回指向容器中第一个元素的双向迭代器// end()    返回指向容器中最后一个元素所在位置的下一个位置的双向迭代器std::list<int32>::iterator iter = testList.begin();// 1.遍历cout << "------using iterator to travelsal list begin------" << endl;for(;iter != testList.end();++iter){cout << *iter << " ";}cout << endl;cout << "------using iterator to travelsal list end------" << endl;// const_iterator cbegin() 也可以换成 begin()  cend() 也可以换成 end()std::list<int32>::const_iterator citer = testList.cbegin();cout << "------using const_iterator to travelsal list begin------" << endl;for(;citer != testList.cend();++citer){cout << *citer << " ";}cout << endl;cout << "------using const_iterator to travelsal list end------" << endl;// 反向迭代器 rbegin() rend()cout << "------using reverse_iterator to travelsal list begin------" << endl;//  std::list<int32>::const_reverse_iterator 使用这个也可以std::list<int32>::reverse_iterator riter = testList.rbegin();for(;riter != testList.rend();++ riter){cout << *riter << " ";}cout << endl;cout << "------using reverse_iterator to travelsal list end------" << endl;cout << "empty : " << testList.empty() << endl;cout << "size : " << testList.size() << endl;// 返回第一个元素的引用cout << "front : " << testList.front() << endl;// 返回最后一个元素的引用cout << "back : " << testList.back() << endl;// 在容器尾部插入一个元素testList.push_back(766);cout << "back : " << testList.back() << endl;// 删除容器尾部的一个元素 无返回值testList.pop_back();// 在容器中的指定位置插入元素。该函数和insert()功能相同，但效率更高testList.emplace(testList.end(),800);cout << "back : " << testList.back() << endl;// insert() 在容器中的指定位置插入元素testList.insert(testList.begin(),900);cout << "front : " << testList.front() << endl;// 删除指定区间的元素 返回指向下一个元素的迭代器iter = testList.erase(testList.begin());cout << *iter << endl;
}

 

  1. list 遍历删除元素
     
int32 AdapterTest::listRemoveTest()
{std::list<int32> testList;for(int i = 0;i<100;++i){testList.push_back(i);}std::list<int32>::const_iterator iter = testList.begin();for (;iter != testList.end();++iter){cout << *iter << " ";}cout << endl;for(iter = testList.begin();iter != testList.end();){if((*iter & 1) == 0){// 删除 iter 指向的元素 并返回指向下一个元素的迭代器iter = testList.erase(iter);} else {++iter;}}cout << "------------------------------" << endl;iter = testList.begin();for (;iter != testList.end();++iter){cout << *iter << " ";}cout << endl;
}

3   关联式容器

4   无序关联容器

5   容器适配器

  5.1 STL容器适配器的种类

 
公共的头文件部分commondef.h

#ifndef COMMONDEF_H
#define COMMONDEF_H
#include <iostream>
#include <array>
#include <vector>
#include <string>
#include <iostream>
#include <algorithm>
#include <map>
#include <utility> // pair 类模板定义在<utility>头文件中
#include <set>
#include <cstring>
#include <typeinfo>
#include <deque>
#include <list>
#include <forward_list>#define TABLE_NUM 14
#define AISTD std::
#define TABLE_NAME_LEN 128
const char PATH_SEPARATOR = '/';
#define  DATE_CHANGE_NUM 1000000LL
#define BUFFER_SIZE 1024
#define LINE cout << "********************************************************" << endl;
#define LINEFEED cout << endl;
#define FUNCTION_BEGIN  \cout << __FILE__ << ":" <<  __LINE__ << ":" << __FUNCTION__ << " : begin >>> " << endl;
#define FUNCTION_END \cout << __FILE__ << ":" <<  __LINE__ << ":" << __FUNCTION__ << " : end >>> " << endl;typedef std::string aistring;
typedef int int32;
typedef long long int64;
typedef short int int16;
using namespace std;#endif // COMMONDEF_H

简单的理解容器适配器，其就是将不适用的序列式容器（包括 vector、deque 和 list）变得适用。容器适配器的底层实现和模板 A、B 的关系是完全相同的，即通过封装某个序列式容器，并重新组合该容器中包含的成员函数，使其满足某些特定场景的需要。

STL 提供了 3 种容器适配器，分别为 stack 栈适配器、queue 队列适配器以及 priority_queue 优先权队列适配器。其中，各适配器所使用的默认基础容器以及可供用户选择的基础容器

容器适配器基础容器筛选条件默认使用的基础容器
stack 基础容器需包含以下成员函数： empty()   size() back() push_back() pop_back() 满足条件的基础容器有 vector、deque、listdeque
queue 基础容器需包含以下成员函数： empty() size() front() back() push_back() pop_front() 满足条件的基础容器有 deque、listdeque
priority_queue 基础容器需包含以下成员函数： empty() size() front() push_back() pop_back() 满足条件的基础容器有vector、dequevector

 

  5.2 stack容器适配器

 

stack容器适配器的创建

/****  stack使用的基础容器有 :*      - vector*      - list*      - deque (默认)* @brief AdapterTest::stackTest* @return**/
int32 AdapterTest::stackTest()
{// 创建一个不包含任何元素的 stack 适配器，并采用默认的 deque 基础容器stack<int32> s1;// 使用基础容器list来初始化 stack 适配器，只要该容器的类型和 stack 底层使用的基础容器类型相同即可stack<int32,list<int32>> s2;for(int i = 0;i < 10;++i){// 压栈s1.push(i);}if(!s1.empty()){// 栈顶元素cout << "top : " << s1.top() << endl;// 栈中元素的个数cout << "size : " << s1.size() << endl;}while(!s1.empty()){std::cout << s1.top() << " ";s1.pop();}std::cout << endl;return 0;
}

 

  5.3 queue容器适配器

 

和 stack 栈容器适配器不同，queue 容器适配器有 2 个开口，其中一个开口专门用来输入数据，另一个专门用来输出数据

最先进入 queue 的元素，也可以最先从 queue 中出来，即用此容器适配器存储数据具有“先进先出（简称 “FIFO” ）”的特点，因此 queue 又称为队列适配器。

 

queue适配器的创建及常用成员函数
 

int32 AdapterTest::queueTest()
{// 创建一个空的 queue 容器适配器，其底层使用的基础容器选择默认的 deque 容器queue<int32> q1;// 创建了一个使用 list 容器作为基础容器的空 queue 容器适配器queue<int32,list<int32>> q2;// 用基础容器来初始化 queue 容器适配器，只要该容器类型和 queue 底层使用的基础容器类型相同即可std::deque<int32> values{1,6,7,10,12};queue<int32> q3(values);/*** queue支持的成员函数* - empty()* - front() 返回queue中第一个元素的引用.如果queue是常量，就返回一个常引用;如果queue为空，返回值是未定义的* - back()  返回queue中最后一个元素的引用.如果queue是常量，就返回一个常引用;如果 queue 为空，返回值是未定义的* - push()  在queue的尾部添加一个元素的副本.这是通过调用底层容器的成员函数push_back()来完成的.* - pop()   删除 queue 中的第一个元素*/cout << "empty : " << q3.empty() << endl;int32& val = q3.front();cout << "val : " << val << endl;val = q3.back();cout << "val : " << val << endl;q3.push(20);val = q3.back();cout << "val : " << val << endl;while (! q3.empty()){cout << "front ele " << q3.front() << endl;q3.pop();}return 0;
}

 

  5.3 priority_queue容器适配器

 

priority_queue 容器适配器模拟的也是队列这种存储结构，即使用此容器适配器存储元素只能“从一端进（称为队尾），从另一端出（称为队头）”，且每次只能访问 priority_queue 中位于队头的元素

但是，priority_queue 容器适配器中元素的存和取，遵循的并不是 “First in,First out”（先入先出）原则，而是"First in，Largest out"原则。直白的翻译，指的就是先进队列的元素并不一定先出队列，而是优先级最大的元素最先出队列

priority_queue 容器适配器为了保证每次从队头移除的都是当前优先级最高的元素，每当有新元素进入，它都会根据既定的排序规则找到优先级最高的元素，并将其移动到队列的队头；同样，当 priority_queue 从队头移除出一个元素之后，它也会再找到当前优先级最高的元素，并将其移动到队头

基于 priority_queue 的这种特性，因此该容器适配器有被称为优先级队列

template <typename T,typename Container=std::vector<T>,typename Compare=std::less<T> >
class priority_queue{//......
}

typename T：指定存储元素的具体类型；
typename Container：指定 priority_queue底层使用的基础容器，默认使用 vector 容器
typename Compare：指定容器中评定元素优先级所遵循的排序规则，默认使用std::less<T>按照元素值从大到小进行排序，还可以使用std::greater<T>按照元素值从小到大排序，但更多情况下是使用自定义的排序规则

  1.   priority_queue创建的几种方式

由于 priority_queue 容器适配器模板位于头文件中，并定义在 std 命名空间里，因此在试图创建该类型容器之前，程序中需包含以下 2 行代码：

#include <queue>
using namespace std;

/*** priority_queue 使用的基础容器*  - vector (默认)*  - dequeu* @brief AdapterTest::priorityQueueTest* @return*/
int32 AdapterTest::priorityQueueTest()
{// 创建一个空的priority_queue容器适配器,底层采用默认的vector容器，排序方式也采用默认的std::less<T>方法std::priority_queue<int32> pq;// 可以使用普通数组或其它容器中指定范围内的数据，对priority_queue容器适配器进行初始化：int values[]{20,30,90,17,23,45};//使用普通数组std::priority_queue<int32> q1(values,values+5);std::vector<int32> v1{100,78,32,87,49,23};//使用向量std::priority_queue<int32> q2(v1.begin(),v1.end());// 指定优先级队列的底层排序规则 小的排在前面std::priority_queue<int32,std::deque<int32>,std::greater<int32>> q3(v1.begin(),v1.end());/*** priority_queue提供的成员函数*     - empty()   如果 priority_queue 为空的话，返回 true;反之，返回 false*     - size()    返回 priority_queue 中存储元素的个数*     - top()     返回 priority_queue 中第一个元素的引用形式*     - push(const T& obj)*       根据既定的排序规则，将元素 obj 的副本存储到 priority_queue 中适当的位置。*     - push(T&& obj)*       根据既定的排序规则，将元素 obj 移动存储到 priority_queue 中适当的位置*     - pop()*       移除 priority_queue 容器适配器中第一个元素*     - swap(priority_queue<T>& other)*         将两个priority_queue容器适配器中的元素进行互换，*         需要注意的是，进行互换的2个priority_queue容器*         适配器中存储的元素类型以及底层采用的基础容器类型*         都必须相同*/cout << "size : " << q3.size() << endl;while (!q3.empty()){cout << q3.top() << " ";q3.pop();}cout << endl;cout << "---------------------q2---------------------" << endl;cout << "size : " << q2.size() << endl;while (!q2.empty()){cout << q2.top() << " ";q2.pop();}cout << endl;int32 nums[]{10,34,56,89,78,20};std::priority_queue<int32> q4(nums,nums+5);q2.swap(q4);cout << "---------------------q2---------------------" << endl;while (!q2.empty()){cout << q2.top() << " ";q2.pop();}cout << endl;return 0;
}
  1. priority_queue容器适配器实现自定义排序
      无论 priority_queue 中存储的是基础数据类型（int、double 等），还是 string 类对象或者自定义的类对象，都可以使用函数对象的方式自定义排序规则
template <typename T>
// 函数对象类
class IntegerComp
{
public:IntegerComp() {}//重载()bool operator()(const T& l,const T& r){return l < r;}
};

上面的 class关键字也可以使用 struct关键字替代

// 函数对象类
template <typename T>
struct IntegerComp
{
public:IntegerComp() {}//重载()bool operator()(const T& l,const T& r){return l > r;}
};

自定义优先级 coding

/***** 优先级队列自定义排序规则* @brief AdapterTest::priorityQueueCustomerTest* @return*/
int32 AdapterTest::priorityQueueCustomerTest()
{int values[]{10,6,23,78,87,90};// l < r 时升序// l > r 时降序std::priority_queue<int32,std::deque<int32>,IntegerComp<int32>> prioQueue(values,values + 6);cout << "------------prioQueue: ------------" << endl;while(! prioQueue.empty()){cout << prioQueue.top() << " ";prioQueue.pop();}cout << endl;
}

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