STL学习笔记--序列式容器

1、vector

vector是一个线性顺序结构。相当于数组，但其大小可以不预先指定，并且自动扩展。故可以将vector看作动态数组。

在创建一个vector后，它会自动在内存中分配一块连续的内存空间进行数组存储，初始的空间大小可以预先指定也可以由vector默认指定，这个大小即capacity()函数的返回值，当存储的数据超过分配的空间时，vector会重新分配一块内存。

重新分配内存的动作：

(1)申请一块更大的内存

(2)将原来的数据复制到新的内存块中

(3)销毁掉原内存块中的对象

(4)释放原来的内存空间

但重新分配内存是很耗时的，会导致糟糕的性能，而且一旦内存重新分配，和vector元素相关的references,pointers,iterators都会失效。

所以vector性能优异的秘诀是：配置比其所容纳的元素更多的内存。

1）使用reserve()保留适当容量，避免一再重新配置内存。

2）如果预先知道vector可能容纳元素的多少，在创建vector时就指定其空间大小。

//使用reserve申请适当的内存，仅分配内存，size()的大小不变
vector<int> v; //create an empty vector
v.reserve(80);// reserve memory for 80 elements

//在创建vector时指定空间大小，这种方式要调用构造方法，如果只是为了保留足够的内存
//建议使用上面的reserve方法
//create a vector and call 80 times the default constructor
vector<int> v(80);

vector的特点：

(1)元素连续存储，空间可以动态扩展。

(2)可以随机访问，像数组一样被访问，即支持[]操作符和vector.at()。

(3)在末端增加和删除元素性能较好，在内部进行插入、删除操作效率非常低。

(4)vevtor的迭代器是随机存储迭代器，可以操作所有的STL算法。

(5)只能在vector的最后进行push pop操作。

vector的一些使用技巧：

(1)vector的clear()方法并不会释放vector所申请的内存，只是清除了存储在vector中的元素，capacity的大小并不会变。

const int MAX_NUM = 1000;
vector<int> v;
for (int i = 0; i < MAX_NUM; i++)
{
	v.push_back(i);
}
cout << "Before Clear:\n";
cout << "size:" << v.size() << endl;
cout << "capacity:" << v.capacity() << endl;

v.clear(); //并不会释放vector占用的内存，即capacity的大小不变
//v.swap(vector<int>());
cout << "After Clear:\n";
cout << "size:" << v.size() << endl;
cout << "capacity:" << v.capacity() << endl;

要想彻底释放vector占用的内存，可以采用swap方法实现:

v.swap(vector<int>());

采用swap后的效果：

(2)缩减vector的容量到合适(shrink to fit)。

有时候经过一系列的操作，vector的元素个数终将稳定，但可能vector的容量还是很大，为了节约内存，可采取下面的操作使vector的容量缩减至合适。

两个vector交换内容后，两者的容量也会交换，下面的例子虽然保留了元素，却缩减了容量。

const int MAX_NUM = 1000;
vector<int> v;
for (int i = 0; i < MAX_NUM; i++)
{
	v.push_back(i);
}
cout << "Before Clear:\n";
cout << "size:" << v.size() << endl;
cout << "capacity:" << v.capacity() << endl;

//
vector<int>::iterator iter = std::find(v.begin(),v.end(),100);
if (iter != v.end())
{
	v.erase(iter,v.end());
}

cout << "\nAfter a series of operators:\n";
cout << "size:" << v.size() << endl;
cout << "capacity:" << v.capacity() << endl;

//shrink to fit 缩减容量
vector<int>(v).swap(v);

cout << "\nAfter shrink to fit:\n";
cout << "size:" << v.size() << endl;
cout << "capacity:" << v.capacity() << endl;

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2、deque

deque也采用动态数组来管理元素，提供随机存储。和vector不同的是，deque的动态数组头尾都开放，能做在头尾两端进行快速安插和删除。

deque采用多个连续的存储块，并且在一个映射结构中保存对这些块及其顺序的追踪。

deque的特点：

(1) 两端都能快速安插元素和移除元素（vector只能在尾端）

deque<int> d;
const int _MAX = 6;
for (int val = 0; val < _MAX; val++)
{
	d.push_back(val);
	d.push_front(val);
}
std::copy(d.begin(), d.end(),std::ostream_iterator<int>(cout," "));

(2) deque不支持对容量和内存重分配时机的控制。无capacity及reserve操作。deque的内存重分配优于vector,不必在内存重分配时复制所有的元素。

(3) 和vector一样在中间部分安插、移除元素的速度相对较慢。

3、list

list使用一个doublely linked list(双向链表)来管理元素。它的数据由若干个节点构成，每一个节点都包含一个信息块（实际数据）、一个前驱指针和一个后驱指针。list使用的是非连续的内存空间。

list与vector、deque的区别：

(1) list不支持随机存取。由于内部结构的原因，list的随机检索性能低下，检索时间与目标元素位置成正比。

(2) 任何位置（不只是两端）执行元素的安插和移除都非常快，始终是常数时间内完成。

(3) 安插与删除并不会造成指向其它元素的各个pointers、references、iterators失效。

(4) list未提供容量、空间重新分配等操作，因为没有必要，每个元素都有自己的内存，在被删除之前一直有效。

(5) list提供了不少特殊的成员函数，专门用于移动元素。较之同名的STL通用算法，效率更高。

如： sort() remove() remove_if()

//list的移除操作和排序
cout << "list test:\n";
list<int> list1;
for (int val = 1; val < 5; val++)
{
	list1.push_back(val);
	list1.push_front(val);
}
std::copy(list1.begin(), list1.end(),std::ostream_iterator<int>(cout," "));

int remove_element = 4;
cout << "\nRemove [" << remove_element <<"]:" << endl;
list1.remove(remove_element); //移除元素4
std::copy(list1.begin(), list1.end(),std::ostream_iterator<int>(cout," "));

cout << "\nSort:" << endl;
list1.sort(std::greater<int>()); //降序排列
std::copy(list1.begin(), list1.end(),std::ostream_iterator<int>(cout," "));

//vector的移除元素和排序操作
cout << "\nvector test:\n";
vector<int> v;
for (int val = 1; val < 5; val++)
{
	v.push_back(val);
	v.push_back(val + 1);
}
std::copy(v.begin(), v.end(),std::ostream_iterator<int>(cout," "));

//移除元素 1
int ele = 1;
cout << "\nAfter Remove [" << ele <<"]:\n";
v.erase(std::remove(v.begin(),v.end(),ele),v.end());//删除元素操作
std::copy(v.begin(), v.end(),std::ostream_iterator<int>(cout," "));

//排序
cout << "\nSort:\n";
std::sort(v.begin(),v.end(),std::greater<int>()); //降序排列
std::copy(v.begin(), v.end(),std::ostream_iterator<int>(cout," "));

4、vector,deque,list三者比较

vector是一段连续的内存块，而deque是多个连续的内存块， list是所有元素分开保存。

vector的查询性能最好，并且在末端增加数据也很高效，除非它重新分配内存。vector适合高效的随机存储。

list是一链表，任何一个元素都可以是不连续的，它有一个前驱指针和一个后驱指针。所以list对元素的插入、删除的性能最好。list适合大量地插入和删除操作而不关心随机存储的需求。

deque介于两者之间，是对vector和list优缺点的结合，是处于两者之间的一种容器。如果需要随机存取又关心两端数据的插入和删除，deque是最佳之选。