C++STL与泛型编程(3)容器之分类与测试
文章目录
- 容器的分类
- 序列式容器(sequence containers)代码示例
- 辅助函数
- array 容器
- array容器的测试代码
- 测试代码中部分函数解析
- vector 容器
- vector 容器的测试代码
- 测试代码中部分函数解析
- list 容器
- list 容器的测试代码
- 测试代码中部分函数解析
- forward_list 容器
- deque 容器
- stack 容器
- queue 容器
- 关联式容器(Associative Containers)代码示例
- multiset 容器
- multiset 容器测试代码
- multimap 容器
- multimap 容器测试代码
- unordered_multiset 容器
- unordered_multiset 容器测试代码
- unordered_multimap 容器
- set容器,map容器
- unordered_set 容器
- unordered_map 容器
容器的分类
序列式容器(sequence containers)
- Array
- 连续空间,大小不能扩充
- Vector
- 连续空间,前面不可以扩充,后面可以扩充,
- Deque
- 连续空间,前后都可以扩充,
- List
- 双向链表,每一个元素带有两个指针,其占用内存比单向链表要多
- Forward-List
- 单向链表
- Array
关联式容器(Associative Containers)(有key和value,适合做快速查找操作)
- set/Multiset
- set的key就是value,value就是key,set元素不能重复,Multiset元素可以重复
- Map/Multimap
- Map的每一个结点都有一个key和value,Map元素的key不能重复,Multimap元素的key可以重复
- Map的每一个结点都有一个key和value,Map元素的key不能重复,Multimap元素的key可以重复
- set/Multiset
不定序容器(Unordered Containers)(是关联式容器中的一种,底部结构是hashtable)
序列式容器(sequence containers)代码示例
辅助函数
//得到目标long
long get_a_target_long() {long target = 0;cout << "target (0~" << RAND_MAX << "):";cin >> target;return target;
}
//得到目标string
string get_a_target_string() {long target = 0;char buf[10];cout << "target (0~" << RAND_MAX << "):";cin >> target;//snprintf 将数值target转换成字符串snprintf(buf,10,"%d",target);return string(buf);
}
//比较两个long是否相等
int compareLongs(const void *a, const void *b) {return (*(long*)a- *(long*)b);
}
//比较两个string是否相等
int compareStrings(const void *a, const void *b) {if (*(string*)a > *(string*)b)return 1;else if (*(string*)a < *(string*)b)return -1;elsereturn 0;
}
array 容器
array<long,ASIZE> c; array数组,第一个参数是容器中的类型,第二个参数是数组的大小。
array.size(); array的大小
array.front(); array的第一个元素
array.back(); array的最后一个元素
array.data(); array数组的首地址
array容器的测试代码
#include<iostream>
#include<array>
#include<ctime>
#include<cstdlib>//using namespace std;const int ASIZE = 50000;void test_array() {cout << "test_array() starting......" << endl;array<long, ASIZE> c ;clock_t timeStart = clock();for (long i = 0; i < ASIZE;++i) {c[i] = rand();}cout << "array数组中插入50000个元素所用时间:" << clock()- timeStart <<endl;cout << "array大小是:" << c.size() << endl;cout << "array中第一个元素是:" << c.front() << endl;cout << "array中最后一个元素是:" << c.back() << endl;cout << "array首地址是:" << c.data() << endl;//设定目标long值long target = get_a_target_long();timeStart = clock();qsort(c.data(),ASIZE,sizeof(long),compareLongs);long* pItem=(long*)bsearch(&target,c.data(), ASIZE, sizeof(long), compareLongs);cout << "qsort和bsearch所用时间:" << clock() - timeStart << endl;if (pItem != NULL)cout << *pItem << "在数组中,已找到!" << endl;elsecout << *pItem << "不在数组中!" << endl;
}
//调用test_array()
int main() {test_array();system("pause");return 0;
}
输出结果:
test_array() starting......
array数组中插入50000个元素所用时间:8
array大小是:50000
array中第一个元素是:41
array中最后一个元素是:14499
array首地址是:001CF028
target (0~32767):2000
qsort和bsearch所用时间:43
2000在数组中,已找到!
测试代码中部分函数解析
qsort和bsearch在cstdlib文件中
qsort(容器首地址,容器中元素数量,每一个元素的字节大小,排序方式)
bsearch(查询内容的地址,容器首地址,容器中元素数量,每一个元素的字节大小,排序方式)
vector 容器
vector容器的空间大小是两倍两倍的增长。其中两倍增长的意思是,当空间大小不够时,在另一块空间找到两倍大小的空间,将数据进行搬移到另一空间,而不是在原有空间的基础上进行增长。主要原因是因为vector空间连续。
vector<string> c;声明一个vector,第一参数是元素类型,第二参数是分配器,不写的话即是默认分配器vector.size() 是真正元素的个数
vector.capacity()是当前空间的大小
vector.push_back()是往vector里放数据以下功能同array:
vector.front()
vector.back()
vector.data()
vector 容器的测试代码
#include<vector>
#include<algorithm>
#include<iostream>
#include<ctime>
#include<cstdlib>
#include<string>using namespace std;void test_vector(long& targets) {cout << "test_vector() starting......" << endl;vector<string> c;char buf[10];clock_t timeStart = clock();for (long i = 0; i < targets; ++i) {snprintf(buf, 10, "%d", rand());c.push_back(string(buf));}cout << "vector中插入50000个元素所用时间:" << clock() - timeStart << endl;cout << "vector大小是:" << c.size() << endl;cout << "vector容量是:" << c.capacity() << endl;cout << "vector中第一个元素是:" << c.front() << endl;cout << "vector中最后一个元素是:" << c.back() << endl;cout << "vector首地址是:" << c.data() << endl;//设定目标值string target = get_a_target_string();timeStart = clock();auto ite=find(c.begin(),c.end(),target);cout << "find所用时间:" << clock() - timeStart << endl;if (ite != c.end())cout << *ite << "在vector中,已找到!" << endl;elsecout << *ite << "不在vector中!" << endl;timeStart = clock();sort(c.begin(), c.end());string* pItem = (string*)bsearch(&target,c.data(),c.size(),sizeof(string),compareStrings);cout << "sort+bsearch所用时间:" << clock()-timeStart<<endl;if (pItem != NULL)cout << *pItem << "在vector中,已找到!" << endl;elsecout << *pItem << "不在vector中!" << endl;
}
//调用test_vector函数
int main() {long targets = 50000;test_vector(targets);system("pause");return 0;
}
输出结果:
test_vector() starting......
vector中插入50000个元素所用时间:2047
vector大小是:50000
vector容量是:61447
vector中第一个元素是:41
vector中最后一个元素是:14499
vector首地址是:00970060
target (0~32767):1357
find所用时间:18
1357在vector中,已找到!
sort+bsearch所用时间:4094
1357在vector中,已找到!
测试代码中部分函数解析
首尾迭代器是前闭后开区间的形式
find(首迭代器,尾迭代器,搜寻的目标值)
sort(首迭代器,尾迭代器)
sort(首迭代器,尾迭代器,Compare comp) 其中,comp接受两个参数,返回bool值,comp是给出比较两个数的大小关系的方式
list 容器
list是每增加一个元素就增加一个对应大小的空间,其存储空间是不连续的。空间利用率高,但搜索数据慢。
list<string>c; 声明一个list,第一参数是元素类型,第二参数是分配器list.size() 是真正元素的个数list.capacity()是当前空间的大小list.push_back()是往vector里放数据以下功能同array:list.front()list.back()list.data()
list 容器的测试代码
#include<list>
#include<algorithm>
#include<functional>
#include<iostream>
#include<ctime>
#include<cstdlib>
#include<string>
using namespace std;void test_list(long& targets) {cout << "test_list() starting......" << endl;list<string> c;char buf[10];clock_t timeStart = clock();for (long i = 0; i < targets; ++i) {snprintf(buf, 10, "%d", rand());c.push_back(string(buf));}cout << "list中插入50000个元素所用时间:" << clock() - timeStart << endl;cout << "list大小是:" << c.size() << endl;cout << "list max_size大小是:" << c.max_size() << endl;cout << "list中第一个元素是:" << c.front() << endl;cout << "list中最后一个元素是:" << c.back() << endl;//设定目标值string target = get_a_target_string();timeStart = clock();auto ite = find(c.begin(), c.end(), target);cout << "find所用时间:" << clock() - timeStart << endl;if (ite != c.end())cout << *ite << "在list中,已找到!" << endl;elsecout << *ite << "不在list中!" << endl;timeStart = clock();c.sort();cout << "sort所用时间:" << clock() - timeStart << endl;}
//调用test_list函数
int main() {long targets = 50000;test_list(targets);system("pause");return 0;
}
输出结果
test_list() starting......
list中插入50000个元素所用时间:840
list大小是:50000
list max_size大小是:119304647
list中第一个元素是:41
list中最后一个元素是:14499
target (0~32767):1234
find所用时间:12
1234在list中,已找到!
测试代码中部分函数解析
list和 forward_list都有自己的sort函数
c.sort();是容器中的sort函数,不是标准库中的sort函数,当容器中有sort函数时,优先选择容器中的sort函数
forward_list 容器
forward_list<string>c; 声明一个forward_list
forward_list.push_front() 只有push_front()没有push_back(),即从beginning开始插入数据,比较快,从后面插入数据太慢,
forward_list.front() 首元素,没有forward_list.back(),没有forward_list.size()找forward_list里的元素,可用auto pItem=::find(c.begin(),c.end(),target),
::表示全局,即标准库中的find函数,返回的pItem是一个迭代器
deque 容器
双向开口,可进可出的连续性存储空间,但它是分段连续,
即在每一段中是连续的,段与段之间不连续,但在使用过程中,我们会觉得deque是整个连续的
当deque的空间不够用时,调用push_back时,会再分配一段空间使用deque<string>c; deque的声明
size(),front(),back(),max_size()函数意义同上找deque里的元素,可用auto pItem=::find(c.begin(),c.end(),target),deque自身没有sort函数,排序要用全局的sort,即 ::sort(c.begin(),c.end());
stack和queue容器没有新的技术,是使用deque得到的,一般不称为容器,而是称为容器适配器(container adapters)。stack和queue不提供迭代器相关操作,因为如果有迭代器相关操作的话,则stack和queue就可以改变其内部的数据,不再符合先进后出和先进先出的特性。
stack 容器
先进后出stack<string>c; stack的声明
size()
top() 返回最顶部数据,不弹出
pop() 最顶部元素弹出来
push() 元素放进去
queue 容器
先进先出queue<string>c; queue的声明
size()
front()
back()
pop() 元素弹出来
push() 元素放进去
关联式容器(Associative Containers)代码示例
multiset 容器
没有push_back,没有push_front
multiset<string>c;
multiset.insert() 插入元素
multiset.size()
multiset.max_size()搜寻某数据,multiset.find()比::find()快
multiset 容器测试代码
#include<set>
#include<algorithm>
#include<functional>
#include<iostream>
#include<ctime>
#include<cstdlib>
#include<string>using namespace std;void test_multiset(long& targets) {cout << "test_multiset() starting......" << endl;multiset<string> c;char buf[10];clock_t timeStart = clock();for (long i = 0; i < targets; ++i) {snprintf(buf, 10, "%d", rand());c.insert(string(buf));}cout << "multiset中插入50000个元素所用时间:" << clock() - timeStart << endl;cout << "multiset大小是:" << c.size() << endl;cout << "multiset max_size大小是:" << c.max_size() << endl;//设定目标值string target = get_a_target_string();timeStart = clock();auto ite = find(c.begin(), c.end(), target);cout << "find所用时间:" << clock() - timeStart << endl;if (ite != c.end())cout << *ite << "在multiset中,已找到!" << endl;elsecout << *ite << "不在multiset中!" << endl;timeStart = clock();c.find(target);cout << "multiset容器中find所用时间:" << clock() - timeStart << endl;}
//调用test_multiset函数int main() {long targets = 50000;test_multiset(targets);system("pause");return 0;
}
输出结果,可以看出,容器自带的find函数快
test_multiset() starting......
multiset中插入50000个元素所用时间:2966
multiset大小是:50000
multiset max_size大小是:97612893
target (0~32767):88
find所用时间:62
88在multiset中,已找到!
multiset容器中sort所用时间:0
multimap 容器
multimap<long,string>c; 声明multimap
multimap.insert(pair<long,string>(i,buf)); 插入key,value
multimap不可用[]做插入操作
multimap 容器测试代码
#include<map>
#include<algorithm>
#include<functional>
#include<iostream>
#include<ctime>
#include<cstdlib>
#include<string>using namespace std;void test_multimap(long& targets) {cout << "test_multimap() starting......" << endl;multimap<long,string> c;char buf[10];clock_t timeStart = clock();for (long i = 0; i < targets; ++i) {snprintf(buf, 10, "%d", rand());c.insert(pair<long, string>(i,string(buf)));}cout << "multimap中插入50000个元素所用时间:" << clock() - timeStart << endl;cout << "multimap大小是:" << c.size() << endl;cout << "multimap max_size大小是:" << c.max_size() << endl;//设定目标long值long target = get_a_target_long();timeStart = clock();auto pItem=c.find(target);cout << "multimap容器中find所用时间:" << clock() - timeStart << endl;if (pItem != c.end())cout << "key为:" << pItem->first << " 在multimap中已找到,其value为:" << pItem->second << endl;elsecout << "key为:" << pItem->first << " 在multimap中不存在" << endl;}//调用test_multimap函数
int main() {long targets = 50000;test_multimap(targets);system("pause");return 0;
}
输出结果
test_multimap() starting......
multimap中插入50000个元素所用时间:2760
multimap大小是:50000
multimap max_size大小是:89478485
target (0~32767):30000
multimap容器中find所用时间:0
key为:30000 在multimap中已找到,其value为:8970
unordered_multiset 容器
unordered_multiset 容器底层结构是hashtable,multiset和multimap底层结构是红黑树
#include<unordered_set>
unordered_multiset<string> c;c.size()
c.max_size()
c.bucket_count(); bucket的个数
c.load_factor(); 载重因子
c.max_load_factor(); 最大载重因子为1
c.max_bucket_count(); 最大bucket个数
c.bucket_size(i);
unordered_multiset 容器测试代码
#include<unordered_set>
#include<algorithm>
#include<functional>
#include<iostream>
#include<ctime>
#include<cstdlib>
#include<string>using namespace std;void test_unordered_multiset(long& targets) {cout << "test_unordered_multiset() starting......" << endl;unordered_multiset<string> c;char buf[10];clock_t timeStart = clock();for (long i = 0; i < targets; ++i) {snprintf(buf, 10, "%d", rand());c.insert(string(buf));}cout << "unordered_multiset中插入50000个元素所用时间:" << clock() - timeStart << endl;cout << "unordered_multiset size是:" << c.size() << endl;cout << "unordered_multiset max_size大小是:" << c.max_size() << endl;cout << "unordered_multiset bucket_count()是:" << c.bucket_count() << endl;cout << "unordered_multiset load_factor()是:" << c.load_factor() << endl;cout << "unordered_multiset max_load_factor()是:" << c.max_load_factor() << endl;cout << "unordered_multiset max_bucket_count()是:" << c.max_bucket_count() << endl;for (int i = 0; i < 20;++i) {cout << "bucket # " << i << " has " << c.bucket_size(i) << " elements" << endl;}//设定目标值string target = get_a_target_string();timeStart = clock();auto ite = find(c.begin(), c.end(), target);cout << "find所用时间:" << clock() - timeStart << endl;if (ite != c.end())cout << *ite << "在unordered_multiset中,已找到!" << endl;elsecout << *ite << "不在unordered_multiset中!" << endl;timeStart = clock();c.find(target);cout << "unordered_multiset容器中find所用时间:" << clock() - timeStart << endl;}
输出结果
test_unordered_multiset() starting......
unordered_multiset中插入50000个元素所用时间:3668
unordered_multiset size是:50000
unordered_multiset max_size大小是:119304647
unordered_multiset bucket_count()是:65536
unordered_multiset load_factor()是:0.762939
unordered_multiset max_load_factor()是:1
unordered_multiset max_bucket_count()是:536870911
bucket # 0 has 0 elements
bucket # 1 has 0 elements
bucket # 2 has 2 elements
bucket # 3 has 0 elements
bucket # 4 has 8 elements
bucket # 5 has 2 elements
bucket # 6 has 0 elements
bucket # 7 has 0 elements
bucket # 8 has 0 elements
bucket # 9 has 0 elements
bucket # 10 has 0 elements
bucket # 11 has 0 elements
bucket # 12 has 0 elements
bucket # 13 has 0 elements
bucket # 14 has 0 elements
bucket # 15 has 0 elements
bucket # 16 has 0 elements
bucket # 17 has 0 elements
bucket # 18 has 0 elements
bucket # 19 has 0 elements
target (0~32767):1357
find所用时间:36
1357在unordered_multiset中,已找到!
unordered_multiset容器中find所用时间:0
unordered_multimap 容器
使用方法同multimap
set容器,map容器
使用方法同multiset,multimap,但是插入数据不重复
map可以用[]插入数据,例 map[key]=value;
unordered_set 容器
unordered_map 容器
底层结构是hashtable,用法同set和map
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