C++ STL(标准模版库)—— vector 与 迭代器
STL
基本概念#
- STL(Standard Template Library,标准模板库)是惠普实验室开发的一系列软件的统称。
- STL 从广义上讲分为三类:algorithm(算法)、container(容器)和 iterator(迭代器),容器和算法通过迭代器可以进行无缝连接。几乎所有的代码都采用了模板类和模板函数的方式,这相比传统的函数和类组成的库来说提供了更好的代码重用机会。
- 在C++标准中,STL被组织为下面13个头文件:<algorithm>、<deque>、<functional>、<vector>、<list>、<map>、<memory>、<numeric>、<queue>、<set>、<statck>和<utility>。
- 优点:
- STL是C++的一部分,不用额外安装什么,被内建在编译器之内
- STL的一个重要特点是数据结构和算法分离。
- 无需思考STL的具体实现过程,只要能够熟练使用STL就OK
- STL具有高可重用性,高性能,高移植性,跨平台的优点。
- 高可重用性:STL中几乎所有的代码都采用了模板和模板函数的方式实现
- 高性能:如map可以高效地从十万条记录里面查找出指定的记录,因为map是采用红黑树的变体实现的。
- 高移植性:在项目A上用STL编写的模块,可以移植到项目B上
- 跨平台:如用windows的Visual Studio编写的代码可以在Mac OS的XCode上直接编译
容器#
容器的分类#
- 序列式容器(Sequence containers)
- 每个元素都有固定位置 —— 取决于插入时机和地点,和元素值无关
- vector、deque、list、queue
- 关联式容器(Associated containers)
- 元素位置取决于特定的排序准则,和插入顺序无关
- set、multiset、map、multimap
数据结构 | 描述 | 实现头文件 |
向量(vector) | 连续存储的元素 | <vector> |
列表(list) | 由节点组成的双向链表,每个节点包含一个元素 | <list> |
双队列(deque) | 连续存储的指向不同元素的指针所组成的数组 | <deque> |
集合(set) | 由节点组成的红黑树,每个节点都包含着一个元素,节点之间以某种作用与元素对的谓词排列,不会出现两个相同的元素 | <set> |
多重集合(multiset) | 允许存在两个相同的元素的集合 | <set> |
栈(statck) | 先进后出的值的排列 | <statck> |
对列(queue) | 先进先出的值的排列 | <queue> |
优先队列(priority_queue) | 元素的次序是由作用与所存储的值 对上的某种谓词决定的一种队列 | <queue> |
映射(map) | 由键值对组成的集合,以某种作用于键 对上的谓词排列,不允许存在重复的键 | <map> |
多重映射(multimap) | 允许存在重复的键 | <map> |
vector容器#
- 简介:
- vector是将元素置于一个动态数组中加以管理的容器
- vector可以随机存取元素(支持索引值直接存取,用[ ]操作符或at()方法)
- vector尾部添加或移除元素非常快速,但是在中部或头部插入元素或移除元素比较费劲
- vector对象的默认构造
- vector采用模板类实现,vector对象的默认构造形式:
int arr1[] = {1, 2, 3, 4, 5}; vector<int> v1(arr1,arr1 + 5); // 存储数组中的1到5 printVector(v1,"v1"); vector<int> v2(6,10); // 存储三个10 printVector(v2,"v2"); vector<int> v3(v1); // 拷贝 printVector(v3,"v3");
- vector对象的带参数构造
- vector(beg,end); // 构造函数将数组 [beg, end)区间(实际是对应地址区间)中的元素赋值给本身。注意该区间是左闭右开的区间。
- vector(n, elem); // 构造函数将 n 个elem赋值给本身。
- vector(const vector &vec); // 拷贝构造函数
- vector的赋值
- vector.assign(beg, end); // 将数组 [beg, end)区间(实际是对应地址区间)中的元素赋值给本身,注意该区间是左闭右开的
- vector.assign(n, elem); // 构造函数将 n 个elem赋值给本身。
- vector & operator = (const vector &vec); // 重载等号操作符 (即调用等号)
- vector.swap(vec); // 两个vector的元素互换
- vector的大小
- vector.size(); // 返回容器中的元素个数
- vector.empty(); // 判断容器是否为空
- vector.resize(num); // 重新指定容器的长度为num,若容器边长,则以默认值填充新位置,若容器变短,则删除超出末尾的元素。
- vector.resize(num, elem); // 设置默认值为elem
- vector的访问
- vector支持 [ ] 直接访问,但是当[ ]内的下标越界时,程序有可能异常终止,且系统不会报任何错误信息,导致问题排查变得困难。 使用vector时,不推荐使用 [ ] 访问,而是期内置的函数at(idx)
- vec.at(idx); // 返回索引idx所指的数据,如果idx越界,抛出out_of_range异常
- vector的插入
- vector末尾的添加移除操作
- vec.push_back(elem); // 在vector末尾添加元素 elem
- vec.pop_back(); // 移除vector末尾的元素
- 在某位置插入
- vec.insert(pos, elem); // 在pos位置插入elem元素的拷贝,返回新数据的位置
- vec.insert(pos, n, elem); // 在pos位置插入n 个elem数据,无返回值
- vec.insert(pos, beg, end); // 在pos位置插入[ beg, end )区间的数据,无返回值
- vector末尾的添加移除操作
#include "iostream" #include "vector" using namespace std; void printVector(vector<int> vec,string name); void divideLine(); int main() { int arr1[] = {1, 2, 3, 4, 5}; vector<int> v1(arr1,arr1 + 5); // 存储数组中的1到5 printVector(v1,"v1"); vector<int> v2(6,10); // 存储三个10 printVector(v2,"v2"); vector<int> v3(v1); // 拷贝 printVector(v3,"v3"); divideLine(); vector<int> vecA,vecB,vecC,vecD; int vArr[] = {1,2,3,4,5}; vecA.assign(vArr + 1,vArr + 3); printVector(vecA,"vecA"); vecB.assign(6,6); printVector(vecB,"vecB"); vecC = {2,4,6,8,10}; printVector(vecC,"vecC"); vecD.assign(9,9); vecD.swap(vecC); // vecC 与 vecD 元素互换 printVector(vecC,"vecC"); printVector(vecD,"vecD"); divideLine(); vector<int> vec1(6,6); vec1.resize(5); // 截断为长度5 printVector(vec1,"vec1"); vec1.resize(7,7); // 扩充长度为7,并且以7为默认值补充 printVector(vec1,"vec1"); divideLine(); //vector<int> vecAt(3,3); //cout << vecAt[6] << endl; //cout << vecAt.at(6) << endl; vector<int> vIns; cout << "末尾插入或移除:" << endl; vIns.push_back(6); printVector(vIns,"vIns"); vIns.pop_back(); printVector(vIns,"vIns"); vIns.push_back(6); vIns.push_back(7); vIns.push_back(8); vIns.push_back(9); printVector(vIns,"vIns"); cout << "三种插入方式:" << endl; vIns.insert((vIns.begin() + 2),100); printVector(vIns,"vIns"); vIns.insert((vIns.begin() + 3),2,1000); printVector(vIns,"vIns"); vIns.insert((vIns.begin() + 5),vIns.begin(),vIns.begin()+2); printVector(vIns,"vIns"); return 0; } void printVector(vector<int> vec,string name) { cout << name << ":"; int length = vec.size(); cout << "["; for (int i = 0; i < length; ++i) { i == length -1 ? cout << vec.at(i) : cout << vec.at(i) << ","; } cout << "]" << endl; } void divideLine() { cout << "--------------------分割线--------------------" <<endl; }
迭代器#
- 迭代器是一种检查容器内元素并且遍历容器内元素的数据类型
- 作用:
- 迭代器提供对一个容器中的对象的访问方法,并且定义了容器中对象的范围
- 为了提高编程效率而开发
- 每个容器中都实现了一个迭代器用于对容器中对象的访问,虽然每个容器中的迭代器的实现方式不一样,但是对于用户来说,操作方式是一致的,也就是通过迭代器统一了所有容器的访问方式。
- 访问当前元素的下一个元素我们可以通过迭代器自增进行访问。
vector容器的iterator类型#
- vector <int> :: iterator iter; // 变量名为iter
- vector 容器的迭代器属于随机访问迭代器:迭代器一次可以移动多个位置。
- 成员函数:
- begin() :返回指向容器中第一个元素的正向迭代器;如果是const类型容器,则该函数返回的是常量正向迭代器
- end():返回指向容器最后一个元素之后一个位置的正向迭代器;如果是const类型容器,则该函数返回的是常量正向迭代器,通常和begin()函数搭配使用
- erase():删除迭代器所在位置的元素
改写前文中代码使用的打印vector函数,改为使用迭代器实现:
void printVector(vector<int> vec,string name) { cout << name << ":"; cout << "["; //int length = vec.size(); /*for (int i = 0; i < length; ++i) { i == length -1 ? cout << vec.at(i) : cout << vec.at(i) << ","; }*/ // 改为使用迭代器实现 vector<int> :: iterator iter; for (iter = vec.begin(); iter != vec.end(); iter++) { iter == vec.end() -1 ? cout << *iter : cout << *iter << ","; } cout << "]" << endl; }
迭代器失效#
- 插入元素后失效
- 在插入元素后,vector要进行扩容操作,(当前连续存储空间不够)有可能会新开辟一片连续的空间来存储,此时原来的存储空间以及被释放,而迭代器任然指向原来的位置,导致迭代器失效,后续继续操作此迭代器可能会产生不可预知错误。
- insert( ) 函数会返回一个新的有效迭代器,需要将旧迭代器重新赋值,使其生效。
- 删除元素后失效
- 如下代码,本意是要将所有3删除,但是并没有全部删除;原因是vector在执行删除操作时,将元素删除删除后,后续元素补上原来的空位,而在如下代码中,在删除后,迭代器继续执行了++操作,就导致不能删除连续的相同元素。
// 删除元素导致迭代器失效 vector<int> vec22 = {1,2,3,3,3,3,4,5}; for(vector<int>::iterator it = vec22.begin(); it != vec22.end(); it++) { if(*it == 3) { vec22.erase(it); } } printVector(vec22,"vec22");
-
- 修复这个bug很简单,有两种方法
- 在执行删除操作后,执行 it --操作,使其位置不动。
- (推荐) erase( )函数删除会返回删除元素后一个元素位置的有效迭代器,将 it 重新赋值为该有效迭代器即可
- 注意:erase()函数返回的删除元素的后一个位置,所以在删除后不需要移动迭代器的位置否则会无法删除连续的元素。
- 修复这个bug很简单,有两种方法
- 为防止出现迭代器失效,在使用插入或删除操作后,一定要使用插入和删除函数返回的有效迭代器重新赋值给迭代器
// 删除vector中的等于某个值的元素 void deleteElem(vector<int> &v, int num){ vector<int> ::iterator iter; int count = 0; for (iter = v.begin(); iter != v.end();){ if (*iter == num){ iter = v.erase(iter); count++; } else{ iter++; } } cout << "成功删除了" << count << "个" << num << endl; }
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