C++學(xué)習(xí)筆記之順序容器

背景

C++中的順序容器是一種用于存儲(chǔ)和管理元素序列的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。它們提供了一組有序的元素，并支持在序列的任意位置插入和刪除元素。C++標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)中提供了多種順序容器，包括vector、deque、list、forward_list和array。

vector

vector是一種動(dòng)態(tài)數(shù)組，它可以在序列的末尾快速添加和刪除元素。vector的元素在內(nèi)存中是連續(xù)存儲(chǔ)的，因此可以通過(guò)指針訪問(wèn)元素，也可以使用迭代器遍歷元素。vector的大小可以動(dòng)態(tài)調(diào)整，但是在插入或刪除元素時(shí)可能需要重新分配內(nèi)存，因此可能會(huì)導(dǎo)致性能問(wèn)題。以下是vector的一些常規(guī)操作：

• push_back：在序列的末尾添加一個(gè)元素。傳入參數(shù)為要添加的元素。
• pop_back：從序列的末尾刪除一個(gè)元素。無(wú)需傳入?yún)?shù)。
• insert：在序列的任意位置插入一個(gè)元素。傳入?yún)?shù)為插入位置的迭代器和要插入的元素。
• erase：從序列的任意位置刪除一個(gè)元素。傳入?yún)?shù)為要?jiǎng)h除元素的迭代器。
• size：返回序列中元素的數(shù)量。無(wú)需傳入?yún)?shù)。
• empty：檢查序列是否為空。無(wú)需傳入?yún)?shù)。
• clear：刪除序列中的所有元素。無(wú)需傳入?yún)?shù)。 以下是一個(gè)使用vector存儲(chǔ)整數(shù)的例子：

#include 
#include 

int main() {
    std::vector<int> v = {1, 2, 3, 4, 5};
    v.push_back(6);
    v.pop_back();
    auto it = v.begin();
    std::advance(it, 2);
    v.insert(it, 7);
    it = v.begin();
    std::advance(it, 4);
    v.erase(it);
    for (auto i : v) {
        std::cout << i << " ";
    }
    std::cout << std::endl;
    return 0;
}

在這里，我們使用vector存儲(chǔ)整數(shù)，并在序列的末尾添加和刪除元素，以及在序列的任意位置插入和刪除元素。我們使用push_back函數(shù)在序列的末尾添加一個(gè)元素，使用pop_back函數(shù)從序列的末尾刪除一個(gè)元素，使用begin函數(shù)獲取vector的迭代器，并使用advance函數(shù)將迭代器移動(dòng)到指定位置，然后使用insert函數(shù)在指定位置插入一個(gè)元素，使用erase函數(shù)從指定位置刪除一個(gè)元素。最后，我們使用循環(huán)遍歷vector中的元素，并將它們打印到控制臺(tái)上。

deque

deque是一種雙端隊(duì)列，它可以在序列的兩端快速添加和刪除元素。deque的元素在內(nèi)存中不一定是連續(xù)存儲(chǔ)的，因此不能使用指針訪問(wèn)元素，但是可以使用迭代器遍歷元素。deque的大小可以動(dòng)態(tài)調(diào)整，但是在插入或刪除元素時(shí)可能需要重新分配內(nèi)存，因此可能會(huì)導(dǎo)致性能問(wèn)題。以下是deque的一些常規(guī)操作：

• push_front：在序列的前面添加一個(gè)元素。傳入?yún)?shù)為要添加的元素。
• push_back：在序列的后面添加一個(gè)元素。傳入?yún)?shù)為要添加的元素。
• pop_front：從序列的前面刪除一個(gè)元素。無(wú)需傳入?yún)?shù)。
• pop_back：從序列的后面刪除一個(gè)元素。無(wú)需傳入?yún)?shù)。
• insert：在序列的任意位置插入一個(gè)元素。傳入?yún)?shù)為插入位置的迭代器和要插入的元素。
• erase：從序列的任意位置刪除一個(gè)元素。傳入?yún)?shù)為要?jiǎng)h除元素的迭代器。
• size：返回序列中元素的數(shù)量。無(wú)需傳入?yún)?shù)。
• empty：檢查序列是否為空。無(wú)需傳入?yún)?shù)。
• clear：刪除序列中的所有元素。無(wú)需傳入?yún)?shù)。 以下是一個(gè)使用deque存儲(chǔ)字符串的例子：

#include 
#include 

int main() {
    std::deque

在這里，我們使用deque存儲(chǔ)字符串，并在序列的兩端添加和刪除元素，以及在序列的任意位置插入和刪除元素。我們使用push_front函數(shù)在序列的前面添加一個(gè)元素，使用push_back函數(shù)在序列的后面添加一個(gè)元素，使用pop_front函數(shù)從序列的前面刪除一個(gè)元素，使用pop_back函數(shù)從序列的后面刪除一個(gè)元素，使用begin函數(shù)獲取deque的迭代器，并使用advance函數(shù)將迭代器移動(dòng)到指定位置，然后使用insert函數(shù)在指定位置插入一個(gè)元素，使用erase函數(shù)從指定位置刪除一個(gè)元素。最后，我們使用循環(huán)遍歷deque中的元素，并將它們打印到控制臺(tái)上。

list

list是一種雙向鏈表，它可以在序列的任意位置快速添加和刪除元素。list的元素在內(nèi)存中不一定是連續(xù)存儲(chǔ)的，因此不能使用指針訪問(wèn)元素，但是可以使用迭代器遍歷元素。list的大小可以動(dòng)態(tài)調(diào)整，但是在插入或刪除元素時(shí)不需要重新分配內(nèi)存，因此不會(huì)導(dǎo)致性能問(wèn)題。

以下是list的一些常規(guī)操作：

• push_front：在序列的前面添加一個(gè)元素。傳入?yún)?shù)為要添加的元素。
• push_back：在序列的后面添加一個(gè)元素。傳入?yún)?shù)為要添加的元素。
• insert：在序列的任意位置插入一個(gè)元素。傳入?yún)?shù)為插入位置的迭代器和要插入的元素。
• erase：從序列的任意位置刪除一個(gè)元素。傳入?yún)?shù)為要?jiǎng)h除元素的迭代器。
• size：返回序列中元素的數(shù)量。無(wú)需傳入?yún)?shù)。
• empty：檢查序列是否為空。無(wú)需傳入?yún)?shù)。
• clear：刪除序列中的所有元素。無(wú)需傳入?yún)?shù)。 以下是一個(gè)使用list存儲(chǔ)浮點(diǎn)數(shù)的例子：

#include 
#include 

int main() {
    std::list<double> l = {1.1, 2.2, 3.3, 4.4, 5.5};
    l.push_front(0.0);
    l.push_back(6.6);
    auto it = l.begin();
    std::advance(it, 2);
    l.insert(it, 2.0);
    it = l.begin();
    std::advance(it, 4);
    l.erase(it);
    for (auto d : l) {
        std::cout << d << " ";
    }
    std::cout << std::endl;
    return 0;
}

在這里，我們使用list存儲(chǔ)浮點(diǎn)數(shù)，并在序列的任意位置添加和刪除元素。我們使用push_front函數(shù)在序列的前面添加一個(gè)元素，使用push_back函數(shù)在序列的后面添加一個(gè)元素，使用begin函數(shù)獲取list的迭代器，并使用advance函數(shù)將迭代器移動(dòng)到指定位置，然后使用insert函數(shù)在指定位置插入一個(gè)元素，使用erase函數(shù)從指定位置刪除一個(gè)元素。最后，我們使用循環(huán)遍歷list中的元素，并將它們打印到控制臺(tái)上。

forward_list

forward_list是一種單向鏈表，它可以在序列的任意位置快速添加和刪除元素。forward_list的元素在內(nèi)存中不一定是連續(xù)存儲(chǔ)的，因此不能使用指針訪問(wèn)元素，但是可以使用迭代器遍歷元素。forward_list的大小可以動(dòng)態(tài)調(diào)整，但是在插入或刪除元素時(shí)不需要重新分配內(nèi)存，因此不會(huì)導(dǎo)致性能問(wèn)題。以下是forward_list的一些常規(guī)操作：

• push_front：在序列的前面添加一個(gè)元素。傳入?yún)?shù)為要添加的元素。
• insert_after：在序列的任意位置插入一個(gè)元素。傳入?yún)?shù)為插入位置的迭代器和要插入的元素。
• erase_after：從序列的任意位置刪除一個(gè)元素。傳入?yún)?shù)為要?jiǎng)h除元素的前一個(gè)元素的迭代器。
• size：返回序列中元素的數(shù)量。無(wú)需傳入?yún)?shù)。
• empty：檢查序列是否為空。無(wú)需傳入?yún)?shù)。
• clear：刪除序列中的所有元素。無(wú)需傳入?yún)?shù)。 以下是一個(gè)使用forward_list存儲(chǔ)整數(shù)的例子：

#include 
#include 

int main() {
    std::forward_list<int> fl = {1, 2, 3, 4, 5};
    fl.push_front(0);
    auto it = fl.before_begin();
    std::advance(it, 2);
    fl.insert_after(it, 2);
    it = fl.before_begin();
    std::advance(it, 4);
    fl.erase_after(it);
    for (auto i : fl) {
        std::cout << i << " ";
    }
    std::cout << std::endl;
    return 0;
}

在這里，我們使用forward_list存儲(chǔ)整數(shù)，并在序列的任意位置添加和刪除元素。我們使用push_front函數(shù)在序列的前面添加一個(gè)元素，使用before_begin函數(shù)獲取forward_list的前向迭代器，并使用advance函數(shù)將迭代器移動(dòng)到指定位置的前一個(gè)位置，然后使用insert_after函數(shù)在指定位置插入一個(gè)元素，使用erase_after函數(shù)從指定位置刪除一個(gè)元素。最后，我們使用循環(huán)遍歷forward_list中的元素，并將它們打印到控制臺(tái)上。

array

rray是一種固定大小的數(shù)組，它可以快速訪問(wèn)元素。array的元素在內(nèi)存中是連續(xù)存儲(chǔ)的，因此可以通過(guò)指針訪問(wèn)元素，也可以使用迭代器遍歷元素。array的大小是固定的，因此不能動(dòng)態(tài)調(diào)整大小。

以下是array的一些常規(guī)操作：

• at：訪問(wèn)指定位置的元素。傳入?yún)?shù)為元素的索引。
• operator[]：訪問(wèn)指定位置的元素。傳入?yún)?shù)為元素的索引。
• front：訪問(wèn)序列的第一個(gè)元素。無(wú)需傳入?yún)?shù)。
• back：訪問(wèn)序列的最后一個(gè)元素。無(wú)需傳入?yún)?shù)。
• size：返回序列中元素的數(shù)量。無(wú)需傳入?yún)?shù)。
• empty：檢查序列是否為空。無(wú)需傳入?yún)?shù)。

以下是一個(gè)使用array存儲(chǔ)字符的例子：

#include 
#include 

int main() {
    std::array<char, 5> a = {'h', 'e', 'l', 'l', 'o'};
    std::cout << a.at(0) << " ";
    std::cout << a[1] << " ";
    std::cout << a.front() << " ";
    std::cout << a.back() << " ";
    std::cout << a.size() << " ";
    std::cout << std::boolalpha << a.empty() << std::endl;
    return 0;
}

在這里，我們使用array存儲(chǔ)字符，并訪問(wèn)序列的元素。我們使用at函數(shù)和operator[]運(yùn)算符訪問(wèn)指定位置的元素，使用front函數(shù)和back函數(shù)訪問(wèn)序列的第一個(gè)元素和最后一個(gè)元素，使用size函數(shù)返回序列中元素的數(shù)量，使用empty函數(shù)檢查序列是否為空。最后，我們將訪問(wèn)到的元素和序列的信息打印到控制臺(tái)上。

最后

在實(shí)際編程中，我們需要根據(jù)不同的需求選擇合適的順序容器。例如，如果需要快速在序列的末尾添加和刪除元素，可以選擇vector；如果需要快速在序列的兩端添加和刪除元素，可以選擇deque；如果需要快速在序列的任意位置添加和刪除元素，可以選擇list或forward_list；如果需要快速訪問(wèn)元素，可以選擇array。在選擇容器時(shí)，需要考慮容器的特點(diǎn)、用法和性能，以便選擇最合適的容器。