STL學習筆記（一）

1. 容器（Containers）

容器分爲兩類:

1. 序列式容器（Sequence containers），此乃可序羣集，其中每一個元素均有固定位置————取決於插入時機和地點，和元素值無關。STL提供三個定義好的序列式容器：vector，deque，list。
2. 關聯式容器（Associative containers），此乃已序羣集，元素位置取決於特定的排序準則，即元素位置取決於元素值，和插入次序無關。STL提供四個關聯式容器：set，multiset，map，multimap。

1.1 序列式容器

• Vector Vector將其元素置於一個dynamic array中加以管理，容許隨機存取，便可以利用索引直接存取任何一個元素。 在array尾部附加或移除元素很是快速，但在array中部或頭部安插元素比較費時

• Deque Deque與Vector同樣，也是一個dynamic array，能夠向兩端發展，所以不論在尾部或頭部安插元素都十分迅速，但在中間部分安插元素則比較費時

• List 1. List由雙向鏈表實做而成。 2. List不提供隨機存取，即List並無提供以operator[]直接存取元素的能力。 3. List的優點是：在任何位置上執行安插或刪除動做都很是迅速。

• 序列式容器中，向容器首部或末端添加元素分別使用push_front和push_back函數，但vector中並未提供push_front函數

1.2 關聯式容器

關聯式容器依據特定的排序準則，自動爲其元素排序。排序準則以函數形式呈現，用來比較元素值（value）或元素鍵（key）。缺省狀況下以operator<進行比較，也能夠提供本身的比較函數，定義不一樣的排序準則。

• Set Set的內部元素按其值自動排序，每一個元素只能出現一次。
• Multiset Multiset和Set相同，只不過它容許元素重複。
• Map Map的元素都是「實值/鍵值」所造成的一個對組，每一個元素都有一個鍵，是排序準則的基礎。每個鍵只能出現一次，不容許重複。Map可被視爲關聯式數組。
• Multimap Multimap和Map相同，但容許元素重複，即Multimap可包含多個鍵值相同的元素。Multimap可被當作「字典」
• **全部關聯式容器都有一個可供選擇的template參數，指明排序準則。缺省採用operator<。

2. 容器適配器（Container Adapter）

除了上述容器類別，爲知足特殊需求，STL提供了一些特別的並預先定義好的容器適配器，包括：

• Stack Stack容器對元素採起LIFO管理策略。
• Queue Queue容器對元素採起FIFO管理策略。
• Priority Queue Priority Queue容器中的元素能夠擁有不一樣的優先級。

3. 迭代器

迭代器是一個「可遍歷STL容器內所有或部分元素」的對象。一個迭代器用來指出容器中的一個特定位置。其基本操做以下：

• operator* 返回當前位置上的元素值。若是該元素擁有成員，你能夠透過迭代器，直接以operator->取用它們。
• operator++、operator-- 將迭代器前進或後退一個元素
• operator==、operator!= 判斷兩個迭代器是否指向同一位置。
• operator= 爲迭代器賦值。

3.1 全部容器類別都提供一些成員函數，使咱們能夠得到迭代器####

• begin() 返回指向容器起始點的迭代器。
• end() 返回一個指向容器結束點的迭代器。結束點在最後一個元素以後，這樣的迭代器稱爲「逾尾」迭代器。
• rbegin() 返回一個指向最後一個元素的逆向迭代器
• rend() 返回一個指向第一個元素前一個位置的逆向迭代器。

3.2 任何一種容器都定義有兩種迭代器性別：

1. container::iterator 這種迭代器以「讀寫」模式遍歷元素。
2. Container::const_iterator 這種迭代器以「只讀」模式遍歷元素。

3.3 迭代器分類

迭代器被劃分爲5類。STL預先定義好的全部容器中，其迭代器均屬於一下兩種類型：

1. 雙向迭代器（Bidirectional iterator） 雙向迭代器能夠雙向行進：以++或--運算前進或後退。**list、set、multiset、map和multimap這些容器所提供的迭代器都屬於此類。
2. 隨機存取迭代器（Random access iterator） 隨機存取迭代器不但具有雙向迭代器的全部屬性，還具有隨機訪問能力。更明確的說，他們提供了「迭代器算術運算」必要的操做符（和「通常指針的算術運算符」徹底對應）。你能夠對迭代器增長或減小一個偏移量、處理迭代器之間的距離、或是使用<和>之類的retational（相對關係）操做符來比較兩個迭代器。vector、deque和string所提供的迭代器都屬於此類。

爲了撰寫儘量與容器型別無關的範型程序代碼，最好不要使用隨機存取迭代器的特有操做。以下例，能夠在任何容器上運做：

for (pos = col.begin();pos != col.end();++pos)
{
	...
}

而下面的程序代碼就不是全部容器都使用了：

for (pos = col.begin();pos < col.end();++pos)
{
	...
}

由於只有random access iterator才支持operator<。

3.4 迭代器適配器

迭代器是一個純粹抽象的概念：任何東西，只要其行爲相似迭代器，它就是一個迭代器。所以，能夠撰寫一些類別，具有迭代器接口，但有着各不相同的行爲。STL提供了數個預先定義的特殊適配器，即迭代器適配器：

• Insert iterator（安插型迭代器） 安插型迭代器能夠解決算法的「目標空間不足」問題。

1. Back inserter:內部調用push_back()，在容器尾端插入元素（追加）。

copy (col1.begin(),col1.end(),back_inserter(col2));

固然，只有在提供push_back()成員函數的容器中，back inserter才能派上用場。 2. Front inserter:內部調用push_front()，將元素安插於容器最前端。

copy (col1.begin(),col1.end(),front_inserter(col2));

只有在提供push_front()成員函數的容器中，front inserter才能派上用場，在STL中，這樣的容器是deque和list。 3. General inserter:通常性的inserter，它的做用是將元素插入「初始化時接受之第二參數」所指定位置的前方，其內部調用insert()成員函數。全部STL容器都提供有insert()成員函數 |算是（expression）|Insert種類| |-|-| |back_inserter(container)|使用push_back()在容器尾端安插元素，元素排列次序和安插次序相同| |front_inserter(container)|使用push_front()在容器前段安插元素，元素排列次序和安插次序相反| |Insert(container,pos)|使用insert()在pos位置上安插元素，元素排列次序和安插次序相同|

• Stream interator（流迭代器）

1. istream_iterator<string>(cin) 產生一個可從「標準輸入流cin」中讀取數據的stream iterator。元素經過通常的operator>>被讀取進來
2. istream_iterator<string>() 調用istream iterator的default構造函數，產生一個表明「流結束符號」的迭代器。
3. ostream_iterator<string>(cout,"\n") 產生一個output stream iterator，經過operator<<向cout寫入數據，第二個參數（可由可無）被用來做爲元素之間的分隔符。

• Reverse iterator（逆向迭代器） 全部容器均可以經過rbegin()和rend()成員函數產生reverse iterator。

4. 算法（Algorithm）

算法並不是容器類別的成員函數，而是一種搭配迭代器使用的全局函數。

• 優點：全部算法只需實做一份，就能夠對全部容器運做，數據與操做被明確劃分開來，透過特定的接口彼此互動。
• 劣勢：用法有失直觀；某些數據結構和算法之間並不兼容，或者即便兼容也會致使糟糕的效能）。

4.1 區間

• 全部算法都用來處理一個或多個區間內的元素。
• 全部算法處理的都是半開區間————包含起始元素位置但不包含結尾元素位置。 [begin,end]

4.2 一些簡單的算法

1. min_element()、max+element() 調用他們時，必須傳入兩個參數，定義出欲處理的元素範圍。
2. sort() 將由兩個參數設定出來的區間內的全部元素加以排序。還能夠出入一個排序準則，缺省的是operator<。
3. find() 在給定範圍內搜尋某個值，若成功返回目標元素，若失敗，範圍一個「逾尾迭代器」，亦即find()所接受的第二個參數。
4. reverse() 將區間內的元素反轉。
5. distance() 返回兩個迭代器之間的距離

4.3 處理多個區間

一些算法能夠同時處理多個區間，一般必須設定第一個區間的起點和終點，至於其它區間，你只需設定起點便可，終點一般可由第一區間的元素數量推導出來。下面例子中，equal()從頭開始逐一比較col1和col2的全部元素：

if (equal (col1.begin(),col1.end(),col2.begin()))
{
	...
}

所以，col2中參與比較的元素數量，簡潔取決於col1內的元素數量。 因此，若是某個算法用來處理多個區間，那麼當你調用它時，務必確保第二區間所擁有的元素個數，至少和第一區間內的元素個數相同。 固然，若是目標區間空間不足，可使用安插型迭代器。

4.4 更易型算法（Manipulating algorithm）

更易型算法是指會「刪除或重排或修改元素」的算法。

1. 移除元素（remove） 算法remove()刪除指定區間中的某一元素。

remove (col1.begin(),col1.end(),3);

但remove()算法並無真正刪除某一元素所佔的空間，只是將以後的元素向前移動覆蓋了某一數值。事實上，remove返回了一個新的終點，利用這個新的終點，經過容器所提供的成員函數，能夠完全刪除一個元素。

col1.erase(remove(col1.begin(),col1.end(),3),col1.end());

爲什麼算法不本身直接調用erase()？這就是STL爲了獲取靈活性而付出的代價。經過「以迭代器爲接口」，STL將數據結構和算法分離開來。迭代器只是「容器中某一位置」的抽象概念而已，通常來講，迭代器對本身所屬的容器一無所知，任何「以迭代器訪問容器元素」的算法，都不得經過迭代器調用容器類別所提供的任何成員函數。