【C++】STL标准容器之顺序容器

一、标准容器 1、顺序容器 vector

向量容器

底层数据结构：动态开辟的数组，每次以原来空间大小的2倍进行扩容的

#include 

//定义：
vector<int> vec;

//增加：
vec.push_back(20);  
//在容器末尾添加元素20，O(1)，可能导致容器扩容：会在新内存上拷贝构造原来内存上的对象，再把原来内存上的对象一一析构，然后free原来的内存
vec.insert(it, 20);  
//在it迭代器指向的位置前插入元素，返回指向插入的元素的迭代器，后面的元素会向后挪动，O(n)，也可能导致扩容

//删除：
vec.pop_back();  //末尾删除元素，O(1)
vec.erase(it);   //删除it迭代器指向的元素，后面的元素会向前移动，O(n)

//查询：
vec[3]; //有operator[]函数，可以通过下标实现随机访问，O(1)
通过iterator迭代器进行遍历
泛型算法find，for_each
foreach => 底层就是通过iterator实现

注意：
对容器进行连续插入或者删除 *** 作(insert/erase)，一定要更新迭代器，否则第一次insert或者erase完成，迭代器就失效了

常用方法介绍：
size()  //返回元素个数
empty()  //判空
reserve(20);  //预留空间，只给容器底层开辟指定大小的空间，并不会添加新的元素，size()元素个数仍为0
resize(20);  //重置大小，容器扩容用的，不仅给容器底层开辟指定大小的空间，还会添加新的元素
swap;  //两个容器进行元素交换

函数	功能
reserve	预分配空间，不初始化
resize	重新调整空间大小，会初始化空间
assign	清除掉以前的内容，放置新内容

代码示例：

#include 
#include 
using namespace std;

int main()
{
	vector<int> vec; // vector vec; 0 1 2 4 8 16 32 64
	//vec.reserve(20); // 给vector容器预留空间
	vec.resize(20);

	cout << vec.empty() << endl;
	cout << vec.size() << endl; // int()

	for (int i = 0; i < 20; ++i)
	{
		vec.push_back(rand()%100 + 1);
	}

	cout << vec.empty() << endl;
	cout << vec.size() << endl;

	// vector的operator[]运算符重载函数
	int size = vec.size();
	for (int i = 0; i < size; ++i)
	{
		cout << vec[i] << " ";
	}
	cout << endl;

	// 把vec容器中所有的偶数全部删除
	auto it2 = vec.begin();
	while (it2 != vec.end())
	{
		if (*it2 % 2 == 0)
		{
			it2 = vec.erase(it2);  //第一次erase，it2就已经失效了，所以每次都要重新给it2赋值，erase的返回值是删除的元素的下一个元素，所以继续判断下一个元素，如果不能被2整除，++it2
		}
		else
		{
			++it2;
		}
	}

	// 通过迭代器遍历vector容器
	auto it1 = vec.begin();
	for (; it1 != vec.end(); ++it1)
	{
		cout << *it1 << " ";
	}
	cout << endl;

	// 给vector容器中所有的奇数前面都添加一个小于奇数1的偶数   44 45    56 57
	for (it1 = vec.begin(); it1 != vec.end(); ++it1)
	{
		if (*it1 % 2 != 0)
		{
			it1 = vec.insert(it1, *it1-1);//注意迭代器失效，每次都要更新迭代器
			++it1;//insert返回指向插入元素的迭代器，所以要加两次
		}
	}

	for (it1 = vec.begin(); it1 != vec.end(); ++it1)
	{
		cout << *it1 << " ";
	}
	cout << endl;
    
    return 0;
}

deque

双端队列容器

底层数据结构：动态开辟的二维数组，第一维度以2个开始，以2倍的方式进行扩容，每次扩容后，原来第二维的数组从新的第一维数组的下标oldsize/2开始存放，上下都预留相同的空行，以方便支持dequeue的首尾元素的添加，如下列图

一般队列：头删尾插

双端队列：队头队尾都可插可删，初始first，last在容器中间

#include 

//定义:
deque<int> deq;

//增加: 
deq.push_back(20);  //从尾部添加元素，O(1)，可能引起扩容
deq.push_front(20);  //从首部添加元素，O(1) 注意:vector没有push_front方法，可以这样实现首部添加vec.insert(vec.begin());
deq.insert(it, 20);  //it迭代器指向的位置添加元素，O(n)，后面的元素依次向后挪动

//删除:
deq.pop_back();  //从末尾删除元素，O(1)
deq.pop_front();  //从首部删除元素，O(1)
deq.erase(it);  //从it指向的位置删除元素，O(n)

//查询搜索:
使用iterator，注意连续insert/erase要考虑迭代器失效问题

list

链表容器

底层数据结构：双向的循环链表，链表结点：pre，data，next

增加删除查询 *** 作和deque一样

#include 

//定义:
list<int> li;

//增加: 
li.push_back(20);  //从尾部添加元素，O(1)
li.push_front(20);  //从首部添加元素，O(1) 
li.insert(it, 20);  //it迭代器指向的位置添加元素，O(1)，链表中进行insert的时候，经常先要进行一个query查询 *** 作，对于链表来说，查询 *** 作效率比较慢

//删除:
li.pop_back();  //从末尾删除元素，O(1)
li.pop_front();  //从首部删除元素，O(1)
li.erase(it);  //从it指向的位置删除元素，O(1)

//查询搜索:
使用iterator，注意连续insert/erase要考虑迭代器失效问题

dequeue和list比vector多出来的增加删除接口：

push_front和pop_front，因为对于vector来说这两个方法效率太低，O(n)，所以干脆就不给提供了

向量、双端队列、链表对比

容器的纵向考察：容器掌握的深度：使用、底层原理

容器的横向考察：各个相似容器之间的对比

vector和deque之间的区别？

vector特点：动态数组，内存是连续的，2倍的方式进行扩容，vector vec，定义一个向量数组，该vec容量是0，有插入 *** 作会扩容到1，0-1-2-4-8… ，可以reserve(20)

deque特点：双端队列，动态开辟的二维数组空间，第二维是固定长度的数组空间，扩容的时候是把第一维的数组进行二倍扩容

答：

• 底层数据结构的区别：vector动态数组，deque动态开辟的二维数组
• 前中后插入删除元素的时间复杂度：中间插入都是O(n)，末尾插入都是O(1)，deque前插O(1)，vector没有push_front方法，可以vec.insert(vec.begin());是O(n)
• 对于内存的使用效率：vector低，vector需要的内存空间必须是连续的，而deque可以分块进行数据存储，只需要分段连续，不需要一大片都连续，所以deque对于内存的利用效率更高些
• 在中间进行insert或者erase，vector和deque它们的效率谁能好一点？谁能差一点？虽然时间复杂度都是O(n)，但是vector由于它整片都是连续的，所以挪动起来更方便，效率相比deque更好

deque底层内存是否是连续的？

答：不是，每一个第二维内部是连续的，但是二维与二维之间并不是连续的，因为第二维是动态扩容开辟，分段连续

vector和list之间的区别？

• 底层数据结构：vector动态数组，list双向循环链表
• 数组增加删除是O(n)，涉及元素的移动，链表增加删除结点是O(1)
• 数组查询O(n)，随机访问arr[i]，O(1)，而链表查询也是O(n)，但不支持随机访问