{"id":"58954488","type":"page","status":"current","title":"03.常用容器","version":{"by":{"type":"known","username":"ethanliu","userKey":"2c90931b6cfb654f016d5c69becc0001","profilePicture":{"path":"/images/icons/profilepics/default.svg","width":48,"height":48,"isDefault":true},"displayName":"刘浩","_links":{"self":"https://wiki.suncaper.net/rest/api/user?key=2c90931b6cfb654f016d5c69becc0001"},"_expandable":{"status":""}},"when":"2022-07-09T01:51:24.000Z","message":"","number":1,"minorEdit":false,"hidden":false,"_links":{"self":"https://wiki.suncaper.net/rest/experimental/content/58954488/version/1"},"_expandable":{"content":"/rest/api/content/58954488"}},"body":{"storage":{"value":"

3.1.1 string容器基本概念

C风格字符串(以空字符结尾的字符数组)太过复杂难于掌握，不适合大程序的开发，所以C++标准库定义了一种string类，定义在头文件<string>。

String和c风格字符串对比：

  • Char*是一个指针，String是一个类

string封装了char*，管理这个字符串，是一个char*型的容器。

  • String封装了很多实用的成员方法

查找find，拷贝copy，删除delete 替换replace，插入insert

  • 不用考虑内存释放和越界

 string管理char*所分配的内存。每一次string的复制，取值都由string类负责维护，不用担心复制越界和取值越界等。

3.1.2 string容器常用操作

3.1.2.1 string 构造函数

string();//创建一个空的字符串 例如: string str;     

string(const string& str);//使用一个string对象初始化另一个string对象

string(const char* s);//使用字符串s初始化

string(int n, char c);//使用n个字符c初始化

 

3.1.2.2 string基本赋值操作

string& operator=(const char* s);//char*类型字符串 赋值给当前的字符串

string& operator=(const string &s);//把字符串s赋给当前的字符串

string& operator=(char c);//字符赋值给当前的字符串

string& assign(const char *s);//把字符串s赋给当前的字符串

string& assign(const char *s, int n);//把字符串s的前n个字符赋给当前的字符串

string& assign(const string &s);//把字符串s赋给当前字符串

string& assign(int n, char c);//用n个字符c赋给当前字符串

string& assign(const string &s, int start, int n);//将s从start开始n个字符赋值给字符串

 

3.1.2.3 string存取字符操作

char& operator[](int n);//通过[]方式取字符

char& at(int n);//通过at方法获取字符

 

3.1.2.4 string拼接操作

string& operator+=(const string& str);//重载+=操作符

string& operator+=(const char* str);//重载+=操作符

string& operator+=(const char c);//重载+=操作符

string& append(const char *s);//把字符串s连接到当前字符串结尾

string& append(const char *s, int n);//把字符串s的前n个字符连接到当前字符串结尾

string& append(const string &s);//同operator+=()

string& append(const string &s, int pos, int n);//把字符串s中从pos开始的n个字符连接到当前字符串结尾

string& append(int n, char c);//在当前字符串结尾添加n个字符c

 

3.1.2.5 string查找和替换

int find(const string& str, int pos = 0) const; //查找str第一次出现位置,从pos开始查找

int find(const char* s, int pos = 0) const;  //查找s第一次出现位置,从pos开始查找

int find(const char* s, int pos, int n) const;  //从pos位置查找s的前n个字符第一次位置

int find(const char c, int pos = 0) const;  //查找字符c第一次出现位置

int rfind(const string& str, int pos = npos) const;//查找str最后一次位置,从pos开始查找

int rfind(const char* s, int pos = npos) const;//查找s最后一次出现位置,从pos开始查找

int rfind(const char* s, int pos, int n) const;//从pos查找s的前n个字符最后一次位置

int rfind(const char c, int pos = 0) const; //查找字符c最后一次出现位置

string& replace(int pos, int n, const string& str); //替换从pos开始n个字符为字符串str

string& replace(int pos, int n, const char* s); //替换从pos开始的n个字符为字符串s

 

3.1.2.6 string比较操作

/*

compare函数在>时返回 1，<时返回 -1，==时返回 0。

比较区分大小写，比较时参考字典顺序，排越前面的越小。

大写的A比小写的a小。

*/

int compare(const string &s) const;//与字符串s比较

int compare(const char *s) const;//与字符串s比较

3.1.2.7 string子串

string substr(int pos = 0, int n = npos) const;//返回由pos开始的n个字符组成的字符串

 

3.1.2.8 string插入和删除操作

string& insert(int pos, const char* s); //插入字符串

string& insert(int pos, const string& str); //插入字符串

string& insert(int pos, int n, char c);//在指定位置插入n个字符c

string& erase(int pos, int n = npos);//删除从Pos开始的n个字符

 

 

3.1.2.9 string和c-style字符串转换

//string 转 char*

string str = "itcast";

const char* cstr = str.c_str();

//char* 转 string

char* s = "itcast";

string str(s);

 

提示:

  在c++中存在一个从const char*到string的隐式类型转换，却不存在从一个string对象到C_string的自动类型转换。对于string类型的字符串，可以通过c_str()函数返回string对象对应的C_string.

  通常，程序员在整个程序中应坚持使用string类对象，直到必须将内容转化为char*时才将其转换为C_string.

 

提示:

   为了修改string字符串的内容，下标操作符[]和at都会返回字符的引用。但当字符串的内存被重新分配之后，可能发生错误.

cpp

3.1.3 小练习

写一个函数，函数内部将string字符串中的所有小写字母都变为大写字母。

3.2 vector容器

3.2.1 vector容器基本概念

vector的数据安排以及操作方式，与array非常相似，两者的唯一差别在于空间的运用的灵活性。Array是静态空间，一旦配置了就不能改变，要换大一点或者小一点的空间，可以，一切琐碎得由自己来，首先配置一块新的空间，然后将旧空间的数据搬往新空间，再释放原来的空间。Vector是动态空间，随着元素的加入，它的内部机制会自动扩充空间以容纳新元素。因此vector的运用对于内存的合理利用与运用的灵活性有很大的帮助，我们再也不必害怕空间不足而一开始就要求一个大块头的array了。

Vector的实现技术，关键在于其对大小的控制以及重新配置时的数据移动效率，一旦vector旧空间满了，如果客户每新增一个元素，vector内部只是扩充一个元素的空间，实为不智，因为所谓的扩充空间(不论多大)，一如刚所说，是”配置新空间-数据移动-释放旧空间”的大工程,时间成本很高，应该加入某种未雨绸缪的考虑，稍后我们便可以看到vector的空间配置策略。

3.2.2 vector迭代器

Vector维护一个线性空间，所以不论元素的型别如何，普通指针都可以作为vector的迭代器，因为vector迭代器所需要的操作行为，如operaroe*, operator->, operator++, operator--, operator+, operator-, operator+=, operator-=, 普通指针天生具备。Vector支持随机存取，而普通指针正有着这样的能力。所以vector提供的是随机访问迭代器(Random Access Iterators).

根据上述描述，如果我们写如下的代码：

Vector<int>::iterator it1;

Vector<Teacher>::iterator it2;

it1的型别其实就是Int*,it2的型别其实就是Teacher*.


cpp\n#include\nusing namespace std;\n\nint main(){\n\n\tvector v;\n\tfor (int i = 0; i < 10;i ++){\n\t\tv.push_back(i);\n\t\tcout << v.capacity() << endl; // v.capacity()容器的容量\n\t}\n\n\n\tsystem(\"pause\");\n\treturn EXIT_SUCCESS;\n}]]>

3.2.3 vector的数据结构

Vector所采用的数据结构非常简单，线性连续空间，它以两个迭代器_Myfirst和_Mylast分别指向配置得来的连续空间中目前已被使用的范围，并以迭代器_Myend指向整块连续内存空间的尾端。

为了降低空间配置时的速度成本，vector实际配置的大小可能比客户端需求大一些，以备将来可能的扩充，这边是容量的概念。换句话说，一个vector的容量永远大于或等于其大小，一旦容量等于大小，便是满载，下次再有新增元素，整个vector容器就得另觅居所。


注意：

   所谓动态增加大小，并不是在原空间之后续接新空间(因为无法保证原空间之后尚有可配置的空间)，而是一块更大的内存空间，然后将原数据拷贝新空间，并释放原空间。因此，对vector的任何操作，一旦引起空间的重新配置，指向原vector的所有迭代器就都失效了。这是程序员容易犯的一个错误，务必小心。


3.2.4 vector常用API操作

3.2.4.1 vector构造函数

vector<T> v; //采用模板实现类实现，默认构造函数

vector(v.begin(), v.end());//将v[begin(), end())区间中的元素拷贝给本身。

vector(n, elem);//构造函数将n个elem拷贝给本身。

vector(const vector &vec);//拷贝构造函数。


//例子 使用第二个构造函数 我们可以...

int arr[] = {2,3,4,1,9};

vector<int> v1(arr, arr + sizeof(arr) / sizeof(int));

 

3.2.4.2 vector常用赋值操作

assign(beg, end);//将[beg, end)区间中的数据拷贝赋值给本身。

assign(n, elem);//将n个elem拷贝赋值给本身。

vector& operator=(const vector  &vec);//重载等号操作符

swap(vec);// 将vec与本身的元素互换。

 

3.2.4.3 vector大小操作

size();//返回容器中元素的个数

empty();//判断容器是否为空

resize(int num);//重新指定容器的长度为num，若容器变长，则以默认值填充新位置。如果容器变短，则末尾超出容器长度的元素被删除。

resize(int num, elem);//重新指定容器的长度为num，若容器变长，则以elem值填充新位置。如果容器变短，则末尾超出容器长>度的元素被删除。

capacity();//容器的容量

reserve(int len);//容器预留len个元素长度，预留位置不初始化，元素不可访问。

 

3.2.4.4 vector数据存取操作

at(int idx); //返回索引idx所指的数据，如果idx越界，抛出out_of_range异常。

operator[];//返回索引idx所指的数据，越界时，运行直接报错

front();//返回容器中第一个数据元素

back();//返回容器中最后一个数据元素

 

3.2.4.5 vector插入和删除操作

insert(const_iterator pos, int count,ele);//迭代器指向位置pos插入count个元素ele.

push_back(ele); //尾部插入元素ele

pop_back();//删除最后一个元素

erase(const_iterator start, const_iterator end);//删除迭代器从start到end之间的元素

erase(const_iterator pos);//删除迭代器指向的元素

clear();//删除容器中所有元素

 

 

3.2.5 vector小案例

3.2.5.1巧用swap，收缩内存空间

cpp\n#include\nusing namespace std;\n\nint main(){\n\n\tvector v;\n\tfor (int i = 0; i < 100000;i ++){\n\t\tv.push_back(i);\n\t}\n\n\tcout << \"capacity:\" << v.capacity() << endl;\n\tcout << \"size:\" << v.size() << endl;\n\n\t//此时 通过resize改变容器大小\n\tv.resize(10);\n\n\tcout << \"capacity:\" << v.capacity() << endl;\n\tcout << \"size:\" << v.size() << endl;\n\n\t//容量没有改变\n\tvector(v).swap(v);\n\n\tcout << \"capacity:\" << v.capacity() << endl;\n\tcout << \"size:\" << v.size() << endl;\n\n\n\tsystem(\"pause\");\n\treturn EXIT_SUCCESS;\n}]]>

3.2.5.2 reserve预留空间

cpp\n#include\nusing namespace std;\n\nint main(){\n\n\tvector v;\n\n\t//预先开辟空间\n\tv.reserve(100000);\n\n\tint* pStart = NULL;\n\tint count = 0;\n\tfor (int i = 0; i < 100000;i ++){\n\t\tv.push_back(i);\n\t\tif (pStart != &v[0]){\n\t\t\tpStart = &v[0];\n\t\t\tcount++;\n\t\t}\n\t}\n\n\tcout << \"count:\" << count << endl;\n\n\tsystem(\"pause\");\n\treturn EXIT_SUCCESS;\n}]]>

3.3 deque容器

3.3.1 deque容器基本概念

Vector容器是单向开口的连续内存空间，deque则是一种双向开口的连续线性空间。所谓的双向开口，意思是可以在头尾两端分别做元素的插入和删除操作，当然，vector容器也可以在头尾两端插入元素，但是在其头部操作效率奇差，无法被接受。

Deque容器和vector容器最大的差异，一在于deque允许使用常数项时间对头端进行元素的插入和删除操作。二在于deque没有容量的概念，因为它是动态的以分段连续空间组合而成，随时可以增加一段新的空间并链接起来，换句话说，像vector那样，”旧空间不足而重新配置一块更大空间，然后复制元素，再释放旧空间”这样的事情在deque身上是不会发生的。也因此，deque没有必须要提供所谓的空间保留(reserve)功能.

虽然deque容器也提供了Random Access Iterator,但是它的迭代器并不是普通的指针，其复杂度和vector不是一个量级，这当然影响各个运算的层面。因此，除非有必要，我们应该尽可能的使用vector，而不是deque。对deque进行的排序操作，为了最高效率，可将deque先完整的复制到一个vector中，对vector容器进行排序，再复制回deque.

3.3.2 deque容器实现原理

Deque容器是连续的空间，至少逻辑上看来如此，连续现行空间总是令我们联想到array和vector,array无法成长，vector虽可成长，却只能向尾端成长，而且其成长其实是一个假象，事实上(1) 申请更大空间 (2)原数据复制新空间 (3)释放原空间 三步骤，如果不是vector每次配置新的空间时都留有余裕，其成长假象所带来的代价是非常昂贵的。

Deque是由一段一段的定量的连续空间构成。一旦有必要在deque前端或者尾端增加新的空间，便配置一段连续定量的空间，串接在deque的头端或者尾端。Deque最大的工作就是维护这些分段连续的内存空间的整体性的假象，并提供随机存取的接口，避开了重新配置空间，复制，释放的轮回，代价就是复杂的迭代器架构。

既然deque是分段连续内存空间，那么就必须有中央控制，维持整体连续的假象，数据结构的设计及迭代器的前进后退操作颇为繁琐。Deque代码的实现远比vector或list都多得多。

Deque采取一块所谓的map(注意，不是STL的map容器)作为主控，这里所谓的map是一小块连续的内存空间，其中每一个元素(此处成为一个结点)都是一个指针，指向另一段连续性内存空间，称作缓冲区。缓冲区才是deque的存储空间的主体。

3.3.3 deque常用API

3.3.3.1 deque构造函数

deque<T> deqT;//默认构造形式

deque(beg, end);//构造函数将[beg, end)区间中的元素拷贝给本身。

deque(n, elem);//构造函数将n个elem拷贝给本身。

deque(const deque &deq);//拷贝构造函数。

 

3.3.3.2 deque赋值操作

assign(beg, end);//将[beg, end)区间中的数据拷贝赋值给本身。

assign(n, elem);//将n个elem拷贝赋值给本身。

deque& operator=(const deque &deq); //重载等号操作符

swap(deq);// 将deq与本身的元素互换

 

3.3.3.3 deque大小操作

deque.size();//返回容器中元素的个数

deque.empty();//判断容器是否为空

deque.resize(num);//重新指定容器的长度为num,若容器变长，则以默认值填充新位置。如果容器变短，则末尾超出容器长度的元素被删除。

deque.resize(num, elem); //重新指定容器的长度为num,若容器变长，则以elem值填充新位置,如果容器变短，则末尾超出容器长度的元素被删除。

 

3.3.3.4 deque双端插入和删除操作

push_back(elem);//在容器尾部添加一个数据

push_front(elem);//在容器头部插入一个数据

pop_back();//删除容器最后一个数据

pop_front();//删除容器第一个数据

 

3.3.3.5 deque数据存取

at(idx);//返回索引idx所指的数据，如果idx越界，抛出out_of_range。

operator[];//返回索引idx所指的数据，如果idx越界，不抛出异常，直接出错。

front();//返回第一个数据。

back();//返回最后一个数据

3.3.3.6 deque插入操作

insert(pos,elem);//在pos位置插入一个elem元素的拷贝，返回新数据的位置。

insert(pos,n,elem);//在pos位置插入n个elem数据，无返回值。

insert(pos,beg,end);//在pos位置插入[beg,end)区间的数据，无返回值。

3.3.3.7 deque删除操作

clear();//移除容器的所有数据

erase(beg,end);//删除[beg,end)区间的数据，返回下一个数据的位置。

erase(pos);//删除pos位置的数据，返回下一个数据的位置。

 

3.3.3.8 案例（作业）

 

/*

    有5名选手：选手ABCDE，10个评委分别对每一名选手打分，去除最高分，去除评委中最低分，取平均分。

    //1. 创建五名选手，放到vector中

    //2. 遍历vector容器，取出来每一个选手，执行for循环，可以把10个评分打分存到deque容器中

    //3. sort算法对deque容器中分数排序，pop_back pop_front去除最高和最低分

    //4. deque容器遍历一遍，累加分数，累加分数/d.size()

    //5. person.score = 平均分

*/


 

3.4 stack容器

3.4.1 stack容器基本概念

stack是一种先进后出(First In Last Out,FILO)的数据结构，它只有一个出口，形式如图所示。stack容器允许新增元素，移除元素，取得栈顶元素，但是除了最顶端外，没有任何其他方法可以存取stack的其他元素。换言之，stack不允许有遍历行为。

有元素推入栈的操作称为:push,将元素推出stack的操作称为pop.

3.4.2 stack没有迭代器

Stack所有元素的进出都必须符合”先进后出”的条件，只有stack顶端的元素，才有机会被外界取用。Stack不提供遍历功能，也不提供迭代器。

3.4.3 stack常用API

3.4.3.1 stack构造函数

stack<T> stkT;//stack采用模板类实现， stack对象的默认构造形式：

stack(const stack &stk);//拷贝构造函数

3.4.3.2 stack赋值操作

stack& operator=(const stack &stk);//重载等号操作符

3.4.3.3 stack数据存取操作

push(elem);//向栈顶添加元素

pop();//从栈顶移除第一个元素

top();//返回栈顶元素

3.4.3.4 stack大小操作

empty();//判断堆栈是否为空

size();//返回堆栈的大小

 

3.5 queue容器

3.5.1 queue容器基本概念

Queue是一种先进先出(First In First Out,FIFO)的数据结构，它有两个出口，queue容器允许从一端新增元素，从另一端移除元素。

3.5.2 queue没有迭代器

Queue所有元素的进出都必须符合”先进先出”的条件，只有queue的顶端元素，才有机会被外界取用。Queue不提供遍历功能，也不提供迭代器。


3.5.3 queue常用API

3.5.3.1 queue构造函数

queue<T> queT;//queue采用模板类实现，queue对象的默认构造形式：

queue(const queue &que);//拷贝构造函数

3.5.3.2 queue存取、插入和删除操作

push(elem);//往队尾添加元素

pop();//从队头移除第一个元素

back();//返回最后一个元素

front();//返回第一个元素

 

3.5.3.3 queue赋值操作

queue& operator=(const queue &que);//重载等号操作符

3.5.3.4 queue大小操作

empty();//判断队列是否为空

size();//返回队列的大小

 

 

3.6 list容器

3.6.1 list容器基本概念

链表是一种物理存储单元上非连续、非顺序的存储结构，数据元素的逻辑顺序是通过链表中的指针链接次序实现的。链表由一系列结点（链表中每一个元素称为结点）组成，结点可以在运行时动态生成。每个结点包括两个部分：一个是存储数据元素的数据域，另一个是存储下一个结点地址的指针域。

相较于vector的连续线性空间，list就显得负责许多，它的好处是每次插入或者删除一个元素，就是配置或者释放一个元素的空间。因此，list对于空间的运用有绝对的精准，一点也不浪费。而且，对于任何位置的元素插入或元素的移除，list永远是常数时间。

List和vector是两个最常被使用的容器。

List容器是一个双向链表。

  • 采用动态存储分配，不会造成内存浪费和溢出
  • 链表执行插入和删除操作十分方便，修改指针即可，不需要移动大量元素
  • 链表灵活，但是空间和时间额外耗费较大

3.6.2 list容器的迭代器

List容器不能像vector一样以普通指针作为迭代器，因为其节点不能保证在同一块连续的内存空间上。List迭代器必须有能力指向list的节点，并有能力进行正确的递增、递减、取值、成员存取操作。所谓”list正确的递增，递减、取值、成员取用”是指，递增时指向下一个节点，递减时指向上一个节点，取值时取的是节点的数据值，成员取用时取的是节点的成员。

由于list是一个双向链表，迭代器必须能够具备前移、后移的能力，所以list容器提供的是Bidirectional Iterators.

List有一个重要的性质，插入操作和删除操作都不会造成原有list迭代器的失效。这在vector是不成立的，因为vector的插入操作可能造成记忆体重新配置，导致原有的迭代器全部失效，甚至List元素的删除，也只有被删除的那个元素的迭代器失效，其他迭代器不受任何影响。

3.6.3 list容器的数据结构

list容器不仅是一个双向链表，而且还是一个循环的双向链表。

cpp\n#include\nusing namespace std;\n\nint main(){\n\n\tlist myList;\n\tfor (int i = 0; i < 10; i ++){\n\t\tmyList.push_back(i);\n\t}\n\n\tlist::_Nodeptr node = myList._Myhead->_Next;\n\n\tfor (int i = 0; i < myList._Mysize * 2;i++){\n\t\tcout << \"Node:\" << node->_Myval << endl;\n\t\tnode = node->_Next;\n\t\tif (node == myList._Myhead){\n\t\t\tnode = node->_Next;\n\t\t}\n\t}\n\n\tsystem(\"pause\");\n\treturn EXIT_SUCCESS;\n}]]>

3.6.4 list常用API

3.6.4.1 list构造函数

list<T> lstT;//list采用采用模板类实现,对象的默认构造形式：

list(beg,end);//构造函数将[beg, end)区间中的元素拷贝给本身。

list(n,elem);//构造函数将n个elem拷贝给本身。

list(const list &lst);//拷贝构造函数。

3.6.4.2 list数据元素插入和删除操作

push_back(elem);//在容器尾部加入一个元素

pop_back();//删除容器中最后一个元素

push_front(elem);//在容器开头插入一个元素

pop_front();//从容器开头移除第一个元素

insert(pos,elem);//在pos位置插elem元素的拷贝，返回新数据的位置。

insert(pos,n,elem);//在pos位置插入n个elem数据，无返回值。

insert(pos,beg,end);//在pos位置插入[beg,end)区间的数据，无返回值。

clear();//移除容器的所有数据

erase(beg,end);//删除[beg,end)区间的数据，返回下一个数据的位置。

erase(pos);//删除pos位置的数据，返回下一个数据的位置。

remove(elem);//删除容器中所有与elem值匹配的元素。

 

 

3.6.4.3 list大小操作

size();//返回容器中元素的个数

empty();//判断容器是否为空

resize(num);//重新指定容器的长度为num，

若容器变长，则以默认值填充新位置。

如果容器变短，则末尾超出容器长度的元素被删除。

resize(num, elem);//重新指定容器的长度为num，

若容器变长，则以elem值填充新位置。

如果容器变短，则末尾超出容器长度的元素被删除。

 

3.6.4.4 list赋值操作

assign(beg, end);//将[beg, end)区间中的数据拷贝赋值给本身。

assign(n, elem);//将n个elem拷贝赋值给本身。

list& operator=(const list &lst);//重载等号操作符

swap(lst);//将lst与本身的元素互换。

3.6.4.5 list数据的存取

front();//返回第一个元素。

back();//返回最后一个元素。

3.6.4.6 list反转排序

reverse();//反转链表，比如lst包含1,3,5元素，运行此方法后，lst就包含5,3,1元素。

sort(); //list排序

 

3.7 set/multiset容器

3.7.1 set/multiset容器基本概念

3.7.1.1 set容器基本概念

Set的特性是。所有元素都会根据元素的键值自动被排序。Set的元素不像map那样可以同时拥有实值和键值，set的元素即是键值又是实值。Set不允许两个元素有相同的键值。

我们可以通过set的迭代器改变set元素的值吗？不行，因为set元素值就是其键值，关系到set元素的排序规则。如果任意改变set元素值，会严重破坏set组织。换句话说，set的iterator是一种const_iterator.

set拥有和list某些相同的性质，当对容器中的元素进行插入操作或者删除操作的时候，操作之前所有的迭代器，在操作完成之后依然有效，被删除的那个元素的迭代器必然是一个例外。

3.7.1.2 multiset容器基本概念

multiset特性及用法和set完全相同，唯一的差别在于它允许键值重复。set和multiset的底层实现是红黑树，红黑树为平衡二叉树的一种。

树的简单知识：

二叉树就是任何节点最多只允许有两个字节点。分别是左子结点和右子节点。

二叉搜索树，是指二叉树中的节点按照一定的规则进行排序，使得对二叉树中元素访问更加高效。二叉搜索树的放置规则是：任何节点的元素值一定大于其左子树中的每一个节点的元素值，并且小于其右子树的值。因此从根节点一直向左走，一直到无路可走，即得到最小值，一直向右走，直至无路可走，可得到最大值。那么在儿茶搜索树中找到最大元素和最小元素是非常简单的事情。下图为二叉搜索树：

上面我们介绍了二叉搜索树，那么当一个二叉搜索树的左子树和右子树不平衡的时候，那么搜索依据上图表示，搜索9所花费的时间要比搜索17所花费的时间要多，由于我们的输入或者经过我们插入或者删除操作，二叉树失去平衡，造成搜索效率降低。

所以我们有了一个平衡二叉树的概念，所谓的平衡不是指的完全平衡。

RB-tree(红黑树)为二叉树的一种。


3.7.2 set常用API

3.7.2.1 set构造函数

set<T> st;//set默认构造函数：

mulitset<T> mst; //multiset默认构造函数:

set(const set &st);//拷贝构造函数

3.7.2.2 set赋值操作

set& operator=(const set &st);//重载等号操作符

swap(st);//交换两个集合容器

3.7.2.3 set大小操作

size();//返回容器中元素的数目

empty();//判断容器是否为空

 

3.7.2.4 set插入和删除操作

insert(elem);//在容器中插入元素。

clear();//清除所有元素

erase(pos);//删除pos迭代器所指的元素，返回下一个元素的迭代器。

erase(beg, end);//删除区间[beg,end)的所有元素 ，返回下一个元素的迭代器。

erase(elem);//删除容器中值为elem的元素。

 

3.7.2.5 set查找操作

find(key);//查找键key是否存在,若存在，返回该键的元素的迭代器；若不存在，返回set.end();

count(key);//查找键key的元素个数

lower_bound(keyElem);//返回第一个key>=keyElem元素的迭代器。

upper_bound(keyElem);//返回第一个key>keyElem元素的迭代器。

equal_range(keyElem);//返回容器中key与keyElem相等的上下限的两个迭代器。

set的返回值    指定set排序规则:



cpp s;\n\tpair::iterator,bool> ret = s.insert(10);\n\tif (ret.second){\n\t\tcout << \"插入成功:\" << *ret.first << endl;\n\t}\n\telse{\n\t\tcout << \"插入失败:\" << *ret.first << endl;\n\t}\n\t\n\tret = s.insert(10);\n\tif(ret.second){\n\t\tcout << \"插入成功:\" << *ret.first << endl;\n\t}\n\telse{\n\t\tcout << \"插入失败:\" << *ret.first << endl;\n\t}\n\n}\n\nstruct MyCompare02{\n\tbool operator()(int v1,int v2){\n\t\treturn v1 > v2;\n\t}\n};\n\n//set从大到小\nvoid test02(){\n\n\tsrand((unsigned int)time(NULL));\n\t//我们发现set容器的第二个模板参数可以设置排序规则，默认规则是less<_Kty>\n\tset s;\n\tfor (int i = 0; i < 10;i++){\n\t\ts.insert(rand() % 100);\n\t}\n\t\n\tfor (set::iterator it = s.begin(); it != s.end(); it ++){\n\t\tcout << *it << \" \";\n\t}\n\tcout << endl;\n}\n\n//set容器中存放对象\nclass Person{\npublic:\n\tPerson(string name,int age){\n\t\tthis->mName = name;\n\t\tthis->mAge = age;\n\t}\npublic:\n\tstring mName;\n\tint mAge;\n};\n\n\nstruct MyCompare03{\n\tbool operator()(const Person& p1,const Person& p2){\n\t\treturn p1.mAge > p2.mAge;\n\t}\n};\n\nvoid test03(){\n\n\tset s;\n\n\tPerson p1(\"aaa\", 20);\n\tPerson p2(\"bbb\", 30);\n\tPerson p3(\"ccc\", 40);\n\tPerson p4(\"ddd\", 50);\n\n\ts.insert(p1);\n\ts.insert(p2);\n\ts.insert(p3);\n\ts.insert(p4);\n\n\tfor (set::iterator it = s.begin(); it != s.end(); it++){\n\t\tcout << \"Name:\" << it->mName << \" Age:\" << it->mAge << endl;\n\t}\n\n}]]>

3.7.3 对组(pair)

对组(pair)将一对值组合成一个值，这一对值可以具有不同的数据类型，两个值可以分别用pair的两个公有属性first和second访问。

类模板：template <class T1, class T2> struct pair.

如何创建对组?

//第一种方法创建一个对组

pair<string, int> pair1(string("name"), 20);

cout << pair1.first << endl; //访问pair第一个值

cout << pair1.second << endl;//访问pair第二个值

//第二种

pair<string, int> pair2 = make_pair("name", 30);

cout << pair2.first << endl;

cout << pair2.second << endl;

//pair=赋值

pair<string, int> pair3 = pair2;

cout << pair3.first << endl;

cout << pair3.second << endl;


3.8 map/multimap容器

3.8.1 map/multimap基本概念

Map的特性是，所有元素都会根据元素的键值自动排序。Map所有的元素都是pair,同时拥有实值和键值，pair的第一元素被视为键值，第二元素被视为实值，map不允许两个元素有相同的键值。

我们可以通过map的迭代器改变map的键值吗？答案是不行，因为map的键值关系到map元素的排列规则，任意改变map键值将会严重破坏map组织。如果想要修改元素的实值，那么是可以的。

Map和list拥有相同的某些性质，当对它的容器元素进行新增操作或者删除操作时，操作之前的所有迭代器，在操作完成之后依然有效，当然被删除的那个元素的迭代器必然是个例外。

Multimap和map的操作类似，唯一区别multimap键值可重复。

Map和multimap都是以红黑树为底层实现机制。

3.8.2 map/multimap常用API

3.8.2.1 map构造函数

map<T1, T2> mapTT;//map默认构造函数:

map(const map &mp);//拷贝构造函数

 

 

3.8.2.2 map赋值操作

map& operator=(const map &mp);//重载等号操作符

swap(mp);//交换两个集合容器

 

3.8.2.3 map大小操作

size();//返回容器中元素的数目

empty();//判断容器是否为空

3.8.2.4 map插入数据元素操作

map.insert(...); //往容器插入元素，返回pair<iterator,bool>

map<int, string> mapStu;

// 第一种 通过pair的方式插入对象

mapStu.insert(pair<int, string>(3, "小张"));

// 第二种 通过pair的方式插入对象

mapStu.inset(make_pair(-1, "校长"));

// 第三种 通过value_type的方式插入对象

mapStu.insert(map<int, string>::value_type(1, "小李"));

// 第四种 通过数组的方式插入值

mapStu[3] = "小刘";

mapStu[5] = "小王";

3.8.2.5 map删除操作

clear();//删除所有元素

erase(pos);//删除pos迭代器所指的元素，返回下一个元素的迭代器。

erase(beg,end);//删除区间[beg,end)的所有元素 ，返回下一个元素的迭代器。

erase(keyElem);//删除容器中key为keyElem的对组。

3.8.2.6 map查找操作

find(key);//查找键key是否存在,若存在，返回该键的元素的迭代器；/若不存在，返回map.end();

count(keyElem);//返回容器中key为keyElem的对组个数。对map来说，要么是0，要么是1。对multimap来说，值可能大于1。

lower_bound(keyElem);//返回第一个key>=keyElem元素的迭代器。

upper_bound(keyElem);//返回第一个key>keyElem元素的迭代器。

equal_range(keyElem);//返回容器中key与keyElem相等的上下限的两个迭代器。

3.8.3 multimap案例

//公司今天招聘了5个员工，5名员工进入公司之后，需要指派员工在那个部门工作

//人员信息有: 姓名 年龄 电话 工资等组成

//通过Multimap进行信息的插入 保存 显示

//分部门显示员工信息 显示全部员工信息

cpp\n#include\n#include\n#include\nusing namespace std;\n\n//multimap 案例\n//公司今天招聘了 5 个员工，5 名员工进入公司之后，需要指派员工在那个部门工作\n//人员信息有: 姓名 年龄 电话 工资等组成\n//通过 Multimap 进行信息的插入 保存 显示\n//分部门显示员工信息 显示全部员工信息\n\n\n#define SALE_DEPATMENT 1 //销售部门\n#define DEVELOP_DEPATMENT 2 //研发部门\n#define FINACIAL_DEPATMENT 3 //财务部门\n#define ALL_DEPATMENT 4 //所有部门\n\n//员工类\nclass person{\npublic:\n\tstring name; //员工姓名\n\tint age; //员工年龄\n\tdouble salary; //员工工资\n\tstring tele; //员工电话\n};\n\n//创建5个员工\nvoid CreatePerson(vector& vlist){\n\n\tstring seed = \"ABCDE\";\n\tfor (int i = 0; i < 5; i++){\n\t\tperson p;\n\t\tp.name = \"员工\";\n\t\tp.name += seed[i];\n\t\tp.age = rand() % 30 + 20;\n\t\tp.salary = rand() % 20000 + 10000;\n\t\tp.tele = \"010-8888888\";\n\t\tvlist.push_back(p);\n\t}\n\n}\n\n//5名员工分配到不同的部门\nvoid PersonByGroup(vector& vlist, multimap& plist){\n\n\n\tint operate = -1; //用户的操作\n\n\tfor (vector::iterator it = vlist.begin(); it != vlist.end(); it++){\n\n\t\tcout << \"当前员工信息:\" << endl;\n\t\tcout << \"姓名：\" << it->name << \" 年龄:\" << it->age << \" 工资:\" << it->salary << \" 电话：\" << it->tele << endl;\n\t\tcout << \"请对该员工进行部门分配(1 销售部门, 2 研发部门, 3 财务部门):\" << endl;\n\t\tscanf(\"%d\", &operate);\n\n\t\twhile (true){\n\n\t\t\tif (operate == SALE_DEPATMENT){ //将该员工加入到销售部门\n\t\t\t\tplist.insert(make_pair(SALE_DEPATMENT, *it));\n\t\t\t\tbreak;\n\t\t\t}\n\t\t\telse if (operate == DEVELOP_DEPATMENT){\n\t\t\t\tplist.insert(make_pair(DEVELOP_DEPATMENT, *it));\n\t\t\t\tbreak;\n\t\t\t}\n\t\t\telse if (operate == FINACIAL_DEPATMENT){\n\t\t\t\tplist.insert(make_pair(FINACIAL_DEPATMENT, *it));\n\t\t\t\tbreak;\n\t\t\t}\n\t\t\telse{\n\t\t\t\tcout << \"您的输入有误，请重新输入(1 销售部门, 2 研发部门, 3 财务部门):\" << endl;\n\t\t\t\tscanf(\"%d\", &operate);\n\t\t\t}\n\n\t\t}\n\n\t}\n\tcout << \"员工部门分配完毕!\" << endl;\n\tcout << \"***********************************************************\" << endl;\n\n}\n\n//打印员工信息\nvoid printList(multimap& plist, int myoperate){\n\n\tif (myoperate == ALL_DEPATMENT){\n\t\tfor (multimap::iterator it = plist.begin(); it != plist.end(); it++){\n\t\t\tcout << \"姓名：\" << it->second.name << \" 年龄:\" << it->second.age << \" 工资:\" << it->second.salary << \" 电话：\" << it->second.tele << endl;\n\t\t}\n\t\treturn;\n\t}\n\n\tmultimap::iterator it = plist.find(myoperate);\n\tint depatCount = plist.count(myoperate);\n\tint num = 0;\n\tif (it != plist.end()){\n\t\twhile (it != plist.end() && num < depatCount){\n\t\t\tcout << \"姓名：\" << it->second.name << \" 年龄:\" << it->second.age << \" 工资:\" << it->second.salary << \" 电话：\" << it->second.tele << endl;\n\t\t\tit++;\n\t\t\tnum++;\n\t\t}\n\t}\n}\n\n//根据用户操作显示不同部门的人员列表\nvoid ShowPersonList(multimap& plist, int myoperate){\n\n\tswitch (myoperate)\n\t{\n\tcase SALE_DEPATMENT:\n\t\tprintList(plist, SALE_DEPATMENT);\n\t\tbreak;\n\tcase DEVELOP_DEPATMENT:\n\t\tprintList(plist, DEVELOP_DEPATMENT);\n\t\tbreak;\n\tcase FINACIAL_DEPATMENT:\n\t\tprintList(plist, FINACIAL_DEPATMENT);\n\t\tbreak;\n\tcase ALL_DEPATMENT:\n\t\tprintList(plist, ALL_DEPATMENT);\n\t\tbreak;\n\t}\n}\n\n//用户操作菜单\nvoid PersonMenue(multimap& plist){\n\n\tint flag = -1;\n\tint isexit = 0;\n\twhile (true){\n\t\tcout << \"请输入您的操作((1 销售部门, 2 研发部门, 3 财务部门, 4 所有部门, 0退出)：\" << endl;\n\t\tscanf(\"%d\", &flag);\n\n\t\tswitch (flag)\n\t\t{\n\t\tcase SALE_DEPATMENT:\n\t\t\tShowPersonList(plist, SALE_DEPATMENT);\n\t\t\tbreak;\n\t\tcase DEVELOP_DEPATMENT:\n\t\t\tShowPersonList(plist, DEVELOP_DEPATMENT);\n\t\t\tbreak;\n\t\tcase FINACIAL_DEPATMENT:\n\t\t\tShowPersonList(plist, FINACIAL_DEPATMENT);\n\t\t\tbreak;\n\t\tcase ALL_DEPATMENT:\n\t\t\tShowPersonList(plist, ALL_DEPATMENT);\n\t\t\tbreak;\n\t\tcase 0:\n\t\t\tisexit = 1;\n\t\t\tbreak;\n\t\tdefault:\n\t\t\tcout << \"您的输入有误，请重新输入!\" << endl;\n\t\t\tbreak;\n\t\t}\n\n\t\tif (isexit == 1){\n\t\t\tbreak;\n\t\t}\n\t}\n\n}\n\nint main(){\n\n\tvector vlist; //创建的5个员工 未分组\n\tmultimap plist; //保存分组后员工信息\n\n\t//创建5个员工\n\tCreatePerson(vlist);\n\t//5名员工分配到不同的部门\n\tPersonByGroup(vlist, plist);\n\t//根据用户输入显示不同部门员工信息列表 或者 显示全部员工的信息列表\n\tPersonMenue(plist);\n\n\tsystem(\"pause\");\n\treturn EXIT_SUCCESS;\n}]]>

3.9 STL容器使用时机

 

vector

deque

list

set

multiset

map

multimap

典型内存结构

单端数组

双端数组

双向链表

二叉树

二叉树

二叉树

二叉树

可随机存取

是

是

否

否

否

对key而言：不是

否

元素搜寻速度

慢

慢

非常慢

快

快

对key而言：快

对key而言：快

元素安插移除

尾端

头尾两端

任何位置

-

-

-

-

 


  • vector的使用场景：比如软件历史操作记录的存储，我们经常要查看历史记录，比如上一次的记录，上上次的记录，但却不会去删除记录，因为记录是事实的描述。
  • deque的使用场景：比如排队购票系统，对排队者的存储可以采用deque，支持头端的快速移除，尾端的快速添加。如果采用vector，则头端移除时，会移动大量的数据，速度慢。

     vector与deque的比较：

      一：vector.at()比deque.at()效率高，比如vector.at(0)是固定的，deque的开始位置 却是不固定的。

    二：如果有大量释放操作的话，vector花的时间更少，这跟二者的内部实现有关。

    三：deque支持头部的快速插入与快速移除，这是deque的优点。

  • list的使用场景：比如公交车乘客的存储，随时可能有乘客下车，支持频繁的不确实位置元素的移除插入。
  • set的使用场景：比如对手机游戏的个人得分记录的存储，存储要求从高分到低分的顺序排列。
  • map的使用场景：比如按ID号存储十万个用户，想要快速要通过ID查找对应的用户。二叉树的查找效率，这时就体现出来了。如果是vector容器，最坏的情况下可能要遍历完整个容器才能找到该用户。




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