【C/C++开发】容器set和multiset，C++11对vector成员函数的扩展(cbegin()、cend()、crbegin()、crend()、emplace()、data())

一、set和multiset基础

set和multiset会根据特定的排序准则，自动将元素进行排序。不同的是后者允许元素重复而前者不允许。

需要包含头文件：

#include <set>

set和multiset都是定义在std空间里的类模板：

[cpp] view
plain copy

print?

1. template<class _Kty,
2. class _Pr = less<_Kty>,
3. class _Alloc = allocator<_Kty> >
4. class set

[cpp] view
plain copy

print?

1. template<class _Kty,
2. class _Pr = less<_Kty>,
3. class _Alloc = allocator<_Kty> >
4. class multiset

只要是可复赋值、可拷贝、可以根据某个排序准则进行比较的型别都可以成为它们的元素。第二个参数用来定义排序准则。缺省准则less是一个仿函数，以operator<对元素进行比较。

所谓排序准则，必须定义strict weak ordering，其意义如下：

1、必须使反对称的。

对operator<而言，如果x<y为真，则y<x为假。

2、必须使可传递的。

对operator<而言，如果x<y为真，且y<z为真，则x<z为真。

3、必须是非自反的。

对operator<而言，x<x永远为假。

因为上面的这些特性，排序准则可以用于相等性检验，就是说，如果两个元素都不小于对方，则它们相等。

二、set和multiset的功能

和所有关联式容器类似，通常使用平衡二叉树完成。事实上，set和multiset通常以红黑树实作而成。

自动排序的优点是使得搜寻元素时具有良好的性能，具有对数时间复杂度。但是造成的一个缺点就是：

不能直接改变元素值。因为这样会打乱原有的顺序。

改变元素值的方法是：先删除旧元素，再插入新元素。

存取元素只能通过迭代器，从迭代器的角度看，元素值是常数。

三、操作函数

构造函数和析构函数

set的形式可以是：

有两种方式可以定义排序准则：

1、以template参数定义：

[cpp] view
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print?

1. set<int,greater<int>> col1;

此时，排序准则就是型别的一部分。型别系统确保只有排序准则相同的容器才能被合并。

程序实例：

[cpp] view
plain copy

print?

1. #include <iostream>
2. #include <set>
3. using namespace std;
4. int main()
5. {
6. set<int> s1;
7. set<int,greater<int> > s2;
8. for (int i = 1;i < 6;++i)
9. {
10. s1.insert(i);
11. s2.insert(i);
12. }
13. if(s1 == s2)
14. cout << "c1 equals c2 !" << endl;
15. else
16. cout << "c1 not equals c2 !" << endl;
17. }

程序运行会报错。但是如果把s1的排序准则也指定为greater<int>便运行成功。

2、以构造函数参数定义。

这种情况下，同一个型别可以运用不同的排序准则，而排序准则的初始值或状态也可以不同。如果执行期才获得排序准则，而且需要用到不同的排序准则，这种方式可以派上用场。

程序实例：

[cpp] view
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print?

1. #include <iostream>
2. #include "print.hpp"
3. #include <set>
4. using namespace std;
5. template <class T>
6. class RuntimeCmp{
7. public:
8. enum cmp_mode{normal,reverse};
9. private:
10. cmp_mode mode;
11. public:
12. RuntimeCmp(cmp_mode m = normal):mode(m){}
13. bool operator()(const T &t1,const T &t2)
14. {
15. return mode == normal ? t1 < t2 : t2 < t1;
16. }
17. bool operator==(const RuntimeCmp &rc)
18. {
19. return mode == rc.mode;
20. }
21. };
22. typedef set<int,RuntimeCmp<int> > IntSet;
23. void fill(IntSet& set);
24. int main()
25. {
26. IntSet set1;
27. fill(set1);
28. PRINT_ELEMENTS(set1,"set1:");
29. RuntimeCmp<int> reverse_order(RuntimeCmp<int>::reverse);
30. IntSet set2(reverse_order);
31. fill(set2);
32. PRINT_ELEMENTS(set2,"set2:");
33. set1 = set2;//assignment:OK
34. set1.insert(3);
35. PRINT_ELEMENTS(set1,"set1:");
36. if(set1.value_comp() == set2.value_comp())//value_comp <span style="font-family: verdana, arial, helvetica, sans-serif; ">Returns the comparison object associated with the container</span>
37. cout << "set1 and set2 have the same sorting criterion" << endl;
38. else
39. cout << "set1 and set2 have the different sorting criterion" << endl;
40. }
41. void fill(IntSet &set)
42. {
43. set.insert(4);
44. set.insert(7);
45. set.insert(5);
46. set.insert(1);
47. set.insert(6);
48. set.insert(2);
49. set.insert(5);
50. }

运行结果：

虽然set1和set2的而比较准则本身不同，但是型别相同，所以可以进行赋值操作。

非变动性操作

注意：元素比较操作只能用于型别相同的容器。

特殊的搜寻函数

赋值

赋值操作两端的容器必须具有相同的型别，但是比较准则本身可以不同，但是其型别必须相同。如果比较准则的不同，准则本身也会被赋值或交换。

迭代器相关函数

元素的插入和删除

注意：插入函数的返回值不完全相同。

set提供的插入函数：

[cpp] view
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print?

1. pair<iterator,bool> insert(const value_type& elem);
2. iterator  insert(iterator pos_hint, const value_type& elem);

multiset提供的插入函数：

[cpp] view
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print?

1. iterator  insert(const value_type& elem);
2. iterator  insert(iterator pos_hint, const value_type& elem);

返回值型别不同的原因是set不允许元素重复，而multiset允许。当插入的元素在set中已经包含有同样值的元素时，插入就会失败。所以set的返回值型别是由pair组织起来的两个值：

第一个元素返回新元素的位置，或返回现存的同值元素的位置。第二个元素表示插入是否成功。

set的第二个insert函数，如果插入失败，就只返回重复元素的位置！



但是，所有拥有位置提示参数的插入函数的返回值型别是相同的。这样就确保了至少有了一个通用型的插入函数，在各种容器中有共通接口。

注意：还有一个返回值不同的情况是：作用于序列式容器和关联式容器的erase()函数：

序列式容器的erase()函数：

[cpp] view
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print?

1. iterator erase(iterator pos);
2. iterator erase(iterator beg, iterator end);

关联式容器的erase()函数：

[cpp] view
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print?

1. void     erase(iterator pos);
2. void     erase(iterator beg, iterator end);

这完全是为了性能的考虑。因为关联式容器都是由二叉树实现，搜寻某元素并返回后继元素可能很费时。



五、set应用示例：

[cpp] view
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print?

1. #include <iostream>
2. #include <set>
3. using namespace std;
4. int main()
5. {
6. typedef set<int,greater<int> > IntSet;
7. IntSet s1;
8. s1.insert(4);
9. s1.insert(3);
10. s1.insert(5);
11. s1.insert(1);
12. s1.insert(6);
13. s1.insert(2);
14. s1.insert(5);
15. //the inserted element that has the same value with a element existed is emitted
16. copy(s1.begin(),s1.end(),ostream_iterator<int>(cout," "));
17. cout << endl << endl;
18. pair<IntSet::iterator,bool> status = s1.insert(4);
19. if(status.second)
20. cout << "4 is inserted as element "
21. << distance(s1.begin(),status.first) + 1 << endl;
22. else
23. cout << "4 already exists in s1" << endl;
24. copy(s1.begin(),s1.end(),ostream_iterator<int>(cout," "));
25. cout << endl << endl;
26. set<int>  s2(s1.begin(),s1.end());//default sort criterion is less<
27. copy(s2.begin(),s2.end(),ostream_iterator<int>(cout," "));
28. cout << endl << endl;
29. }

上述程序最后新产生一个set：s2，默认排序准则是less。以s1的元素作为初值。

注意：s1和s2有不同的排序准则，所以他们的型别不同，不能直接进行相互赋值或比较。

运行结果：

Defined in header <iterator>
	(1)
template< class C >  auto rbegin( C& c ) -> decltype(c.rbegin());		(since C++14)  (until C++17)
template< class C >  constexpr auto rbegin( C& c ) -> decltype(c.rbegin());		(since C++17)
		(1)
template< class C >  auto rbegin( const C& c ) -> decltype(c.rbegin());			(since C++14)  (until C++17)
template< class C >  constexpr auto rbegin( const C& c ) -> decltype(c.rbegin());			(since C++17)
			(2)
template< class T, size_t N >  reverse_iterator<T*> rbegin( T (&array)[N] );				(since C++14)  (until C++17)
template< class T, size_t N >  constexpr reverse_iterator<T*> rbegin( T (&array)[N] );				(since C++17)
				(3)
template< class C >  auto crbegin( const C& c ) -> decltype(std::rbegin(c));					(since C++14)  (until C++17)
template< class C >  constexpr auto crbegin( const C& c ) -> decltype(std::rbegin(c));					(since C++17)

Returns an iterator to the reverse-beginning of the given container c or array array.

1) Returns a possibly const-qualified iterator to the reverse-beginning of the container c.

2) Returns std::reverse_iterator<T*> to
the reverse-beginning of the array array.

3) Returns a const-qualified iterator to the reverse-beginning of the container c.

Parameters

c	-	a container with a rbegin method
array	-	an array of arbitrary type

Return value

An iterator to the reverse-beginning of c or array

Notes

In addition to being included in <iterator>, std::rbegin and std::crbegin are
guaranteed to become available if any of the following headers are included: <array>, <deque>, <forward_list>, <list>, <map>, <regex>, <set>, <string>,
<string_view> (since C++17), <unordered_map>, <unordered_set>,
and <vector>.

Overloads

Custom overloads of rbegin may be provided for classes that do not expose a suitable rbegin() member
function, yet can be iterated. The following overload is already provided by the standard library:

rbegin(std::initializer_list) (C++14)

specializes std::rbegin  (function)

Example

Run this code

#include <iostream>
#include <vector>
#include <iterator>
 
int main() 
{
    std::vector<int> v = { 3, 1, 4 };
    auto vi = std::rbegin(v);
    std::cout << *vi << '\n'; 
 
 
    int a[] = { -5, 10, 15 };
    auto ai = std::rbegin(a);
    std::cout << *ai << '\n';
}

Output:

4
15

所以这篇博客就是想罗列一下C++11对vector容器的扩充。

std::vector::cbegin和std::vector::cend

这两个方法是与std::vector::begin和std::vector::end相对应的，从字面就能看出来，多了一个’c’，顾名思义就是const的意思。

所以：

std::vector::cbegin： Returns a const_iterator pointing to the first element in the container.

std::vector::cend： Returns a const_iterator pointing to the past-the-end element in the container.

?

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17

<code class="hljs cpp">#include <iostream> #include <vector>   int main () {   std::vector<int> myvector = {10,20,30,40,50};     std::cout << "myvector contains:";     for (auto it = myvector.cbegin(); it != myvector.cend(); ++it)     std::cout << ' ' << *it;   std::cout << '\n';     return 0; } Output: myvector contains: 10 20 30 40 50</int></vector></iostream></code>

std::vector::crbegin和std::vector::crend

这两个方法就不解释了，与上面的相比就是多了个’r’， reverse的缩写，反转迭代器，代码就省略了。

std::vector::emplace

之前已经对emplace_back进行了讨论，其实还有一个方法叫emplace。

我想说的就是，emplace之于emplace_back就像insert之于push_back。

看英文描述就直观：

emplace：Construct and insert element

emplace_back：Construct and insert element at the end

如何使用：

?

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

<code class="hljs cpp">#include <iostream> #include <vector>   int main () {   std::vector<int> myvector = {10,20,30};     auto it = myvector.emplace ( myvector.begin()+1, 100 );   myvector.emplace ( it, 200 );   myvector.emplace ( myvector.end(), 300 );     std::cout << "myvector contains:";   for (auto& x: myvector)     std::cout << ' ' << x;   std::cout << '\n';     return 0; } Output: myvector contains: 10 200 100 20 30 300</int></vector></iostream></code>

std::vector::data

Returns a direct pointer to the memory array used internally by the vector to store its owned elements.

?

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

<code class="hljs cpp">#include <iostream> #include <vector>   int main () {   std::vector<int> myvector (5);   int* p = myvector.data();   *p = 10;   ++p;   *p = 20;   p[2] = 100;   std::cout << "myvector contains:";   for (unsigned i=0; i<myvector.size(); ++i)="" std::cout="" <<="" '="" myvector[i];="" '\n';="" return="" 0;="" }="" output:="" myvector="" contains:="" 10="" 20="" 0="" 100="" 0</int></vector></iostream></code>

std::vector::shrink_to_fit

Requests the container to reduce its capacity to fit its size.

就是减少空间

?

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

<code class="hljs cpp"><code class="hljs cpp">#include <iostream> #include <vector> int main () {   std::vector<int> myvector (100);   std::cout << "1. capacity of myvector: " << myvector.capacity() << '\n';   std::cout << "1. size of myvector: " << myvector.size() << '\n';     myvector.resize(10);   std::cout << "2. capacity of myvector: " << myvector.capacity() << '\n';   std::cout << "2. size of myvector: " << myvector.size() << '\n';     myvector.shrink_to_fit();   std::cout << "3. capacity of myvector: " << myvector.capacity() << '\n';  std::cout << "3. size of myvector: " << myvector.size() << '\n';   return 0; } //输出 1. capacity of myvector: 100 1. size of myvector: 100 2. capacity of myvector: 100 2. size of myvector: 10 3. capacity of myvector: 10 3. size of myvector: 10</int></vector></iostream></code></code>

此时，就是要明白size和capacity的区别，也就会更加理解resize和reserve的区别了！