【C++学习】9.顺序容器 array，vector，string，deque，list，forward_list详解

元素在顺序容器中的顺序与其加入容器时的位置相对应。
关联容器中的元素位置由元素相关联的关键字值决定

所有容器类都共享公共的接口，不同的容器按照不同的方式对其进行拓展。

• 一个容器就是一些特定类型对象的集合。顺序容器为程序员提供了控制元素存储和访问顺序的能力。
• 访问顺序不依赖于元素的值，而是与元素加入容器时的位置相对性。
• 标准库提供了三种容器适配器，分别为容器操作定义了不同的接口，来与容器类型适配。

1.1 顺序容器概览

所有的顺序容器都提供了快速访问元素的能力，但是这些容器在以下方面都有不同的性能折中：

• 向容器中添加或者从容器中删除元素的代价
• 非顺序访问元素的代价

顺序容器类型
array	固定大小数组	支持快速随机访问	不能添加或者删除
vector	可变大小数组	支持快速随机访问	在尾部之外的位置插入或者删除元素可能很慢
string	与vector相似的容器，但是专门用来保存字符	支持快速随机访问	在尾部插入和删除速度很快
deque	双端队列	支持快速随机访问	在头尾位置插入和删除速度很快
list	双向链表	支持双向顺序访问	在list中任何位置进行插入/删除操作速度都很快
forward_list	单向链表	只支持单向顺序访问	在链表中任何位置进行插入/删除操作速度都很快

• 除了固定大小的array外，其他容器都提供高效灵活的内存管理，我们可以添加和删除元素。
• string和vector将元素保存在连续的内存空间中，根据元素下标来计算地址是非常快速的，但是在这两种元素中间位置添加或者删除元素就会非常耗时。
• list和forward_list两个容器的设计目的是另容器的中间位置添加或者删除元素都很快，最为代价这两个容器不支持随机访问。
• deque支持快速随机访问，与string和vector一样，在deque的中间位置添加或者删除元素的代价很高，在两端添加和删除元素很快。
• forward_list和array是C++新增的类型，与内置数组相比，array是一种更安全，更容易使用的数组类型。
• 

1.2 容器库概览

• 有些操作是所有容器类型都提供的
• 另外一些只支持顺序容器或者关联容器或者无序容器
• 还有一些操作只适用于一小部分容器

一般来说，每个容器都定义在一个与类型名相同的头文件中

1. queue定义在queue
2. list定义在list
3. 以此类推

顺序元素对保存的元素类型的限制

• 顺序元素几乎可以保存任意类型的元素，但是某些容器操作对元素类型有其特殊要求。
• 可以为不支持特定操作的类型定义容器，这种情况下只能使用那些没有特殊要求的容器操作。
  

容器操作
类型别名
iterator	此容器类型	迭代器类型
const_iterator	可以读取元素，但是不能修改元素	迭代器类型
size_type	无符号整数类型	足以保存此种容器类型最大可能容器的大小
difference_type	带符号整数类型	足以保存两个迭代器之间的距离
value_type	元素类型
reference	元素的左值类型，与value_type&含义相同
const_reference	元素的const左值类型，与const value_type&含义相同

构造函数
C c;	默认构造函数
C c1(c2);	构造c2的拷贝c1
C(b,e)	构造c,将迭代器b和e制定的范围内的元素拷贝到c
C c{a,b,c…}	列表初始化c

赋值与swap
c1=c2	将c1中的元素替换为c2中的元素
c1={a,b,c…}	将c1中的元素替换为列表中的元素（不适用于array）
a.swap(b)	交换a与b中的元素
swap(a,b)	与a.swap(b)等价

大小
c.size()	c中元素的数目（不支持forword_list）
c.max_size()	c可保存的最大元素数目
c.empty()	若c中存储了元素，返回false

添加删除元素	在不同的容器中中这些接口都不同
c.insert(args)	将args中的元素拷贝进c
c.emplace(inits)	使用init构造c中的一个元素
c.erase(args)	删除args指定的元素
c.clear();	删除c中所有的元素，返回void

关系运算符
== ！=	所有容器都支持
<,<=,>,>=	关系运算符（无序容器不支持）

获取迭代器
c.begin(),c.end()	首位迭代器
c.cbegin(),c.cend()	返回const_iterator

反向容器的额外成员	不支持forward_list
reverse_iterator	按逆序寻址元素迭代器
const_reverse_iterator	不能修改元素的逆序迭代器

迭代器

迭代器

• 一个迭代器范围由一对迭代器表示。
• 元素范围为左闭右开[begin，end)

容器类型成员

begin（）和end（）成员

//显式制定类型
list<string>::iterator it5=a.begin();
list<string>::const_iterator it6=a.begin();
//当且仅当a是const时，it7是const_iterator
auto it7=a.begin();
auto it8=a.cbegin();//是const_iterator

容器的定义和初始化

构造函数
C c;	默认构造函数
C c1(c2);	构造c2的拷贝c1
C(b,e)	构造c,将迭代器b和e制定的范围内的元素拷贝到c
C c{a,b,c…}	列表初始化c

赋值与swap
c1=c2	将c1中的元素替换为c2中的元素
c1={a,b,c…}	将c1中的元素替换为列表中的元素（不适用于array）
a.swap(b)	交换a与b中的元素
swap(a,b)	与a.swap(b)等价

将一个容器初始化为另一个容器的拷贝

1. 直接拷贝整个容器C c1(c2) c1=c2。要求两个容器类型及其元素类型必须匹配。
2. 拷贝由一个迭代器对指定的元素范围C(b,e)，不要求容器类型和元素类型是相同的，只要将要拷贝的元素转换为要初始化的容器的元素类型即可。
3. 

列表初始化

与顺序容器大小相关的构造函数

除了与关联容器相同的构造函数外，顺序容器（array除外）还提供宁外一种构造函数。接受一个容器大小和一个（可选的）元素初始值，如果不提供初始值，则标准库会创建一个值初始化器。

vector<int> ivec(10,-1);
list<string> svec(10,"hi!");
forward_list<int> ivec(10);//0
deque<string> svec(10);//空sting

没有默认构造参数的类型必须提供初始值。
只有顺序容器洁柔大小参数，关联容器不支持

标准库具有固定大小

当定义一个array时，除了指定数组元素，还要指定容器大小。
内置数组类型不能进行拷贝或者对象赋值操作，array可以。
要求要求两个容器类型及其元素类型必须匹配，而且大小也得一样。

array<int,10> ial;
array<int,10> ia2={
    
    0,1,2,3,4};

3.顺序容器的操作

上一节说了顺序容器和关联容器都支持的操作，下面介绍支持顺序容器所特有的操作。

3.1 向顺序容器中添加元素

除了array，其他的顺序容器都可以动态添加或者删除元素。
下表array统统不适用

push_back

• 所有顺序容器vector，string，list，forward_list，deque包括string都可以push_back

push_front

• list，forward_list，deque，支持push_front，vector，string不行

指定位置插入insert

• vector,list,string,deque,都支持insert，forward_list支持特殊版本的insert。
• insert第一个参数是迭代器，指向插入元素位置的后一个元素
• 可以把insert用在没有push_front操作的容器中，比如vector，string，但是除了末尾位置都会很慢

svec.insert(svec.begin(),"hello");

• 把insert用在vector，string，deque,中间任何位置都可以，但是会很好事

insert 的几个版本

1.svec.insert(svec.end(),10,"anna");
2. svec.insert(svec.end(),v.end()-2,v.end());
3. svec.insert(svec.end(),{1,3,4,5});
第二种方法迭代器不能指向本身

使用insert的返回值可以在一个位置反复插入元素

list<string> lst;
auto iter=lst.begin();
while(cin>>word)
iter=lst.insert(iter,word);

使用emplace

1. 新标准出了emplace_front,emplace和emplace_back
2. 使用emplace_back时，将参数传递给元素类型的构造函数，会在容器管理的内存空间中直接创建对象，而调用push_back则会创建一个临时变量，并将其压入容器中。

3.2 访问元素

• 所有容器都有一个front函数
• 除了forward_list都有back函数
• 用这两个一定得保证容器不为空

if（!c.empty()）{
    
    
auto val=*c.begin(),val2=c.front();
auto vals=*(--c.end());
auto val4=c.back();
}

• 访问（at,下标，front,back）返回的都是引用，如果是const对象返回的是const引用，如果不是conts，则返回的是普通引用，可以改变元素值；

while(!c.empty()){
    
    
c.front()=42;//改变值
auto &v=c.back();
v=43;
auto v2=c.back();
v=0;//未改变不是一个引用}

3.3删除元素

下表除array

3.5 改变容器大小

list<int> ilist(10,42);
ilist.resize(15);//+五个0
ilist.resize(25,-1);//加10个-1
ilist.resize(5);//删除20个元素

容器操作可能使迭代器失效

当向容器中添加删除元素的操作可能使指向容器元素的指针，引用迭代或者器失效

不要保存end返回的迭代器

必须反复调用end，不能在循环之前保存end返回的迭代器

vector<char> s={
    
    'a','b','c','d'};
    auto b=s.begin();
    auto e=s.end();
    e--;

    while(b!=e){
    
    
        char tmp=*b;
        *b=*e;
        *e=tmp;
        b++;
        e--;
    }

4.vector 对象是如何增长的