将容器类模板实例化时,会指明容器中存放的元素是什么类型的:可以存放基本类型的变量,也可以存放对象。

对象或基本类型的变量被插入容器中时,实际插入的是对象或变量的一个复制品。

STL 中的许多算法(即函数模板),如排序、查找等算法,在执行过程中会对容器中的元素进行比较。这些算法在比较元素是否相等时通常用运算符进行,比较大小通常用<运算符进行,因此,被放入容器的对象所属的类最好重载==<运算符,以使得两个对象用==<进行比较是有定义的。

顺序容器

顺序容器有以下三种:可变长动态数组 vector、双端队列 deque、双向链表 list。
它们之所以被称为顺序容器,是因为元素在容器中的位置同元素的值无关,即容器不是排序的。

关联容器

关联容器有以下四种:set、multiset、map、multimap。关联容器内的元素是排序的。插入元素时,容器会按一定的排序规则将元素放到适当的位置上,因此插入元素时不能指定位置。
默认情况下,关联容器中的元素是从小到大排序(或按关键字从小到大排序)的,而且用<运算符比较元素或关键字大小。因为是排好序的,所以关联容器在查找时具有非常好的性能。

栈/队列
除了以上两类容器外,STL 还在两类容器的基础上屏蔽一部分功能,突出或增加另一部分功能,实现了三种容器适配器:栈 stack、队列 queue、优先级队列 priority_queue。

概述

容器都是类模板。它们实例化后就成为容器类。用容器类定义的对象称为容器对象。

例如,vector<int>是一个容器类的名字,vector<int> a;就定义了一个容器对象 a,a 代表一个长度可变的数组,数组中的每个元素都是 int 类型的变量;

任何两个容器对象,只要它们的类型相同,就可以用 <、<=、>、>=、==、!= 进行词典式的比较运算。假设 a、b 是两个类型相同的容器对象,这些运算符的运算规则如下。

  • a == b:若 a 和 b 中的元素个数相同,且对应元素均相等,则a == b的值为 true,否则值为 false。元素是否相等是用==运算符进行判断的。
  • a<b:规则类似于词典中两个单词比较大小,从头到尾依次比较每个元素,如果发生 a 中的元素小于 b 中的元素的情况,则a<b的值为 true;如果没有发生 b 中的元素小于 a 中的元素的情况,且 a 中的元素个数比 b 少,a<b的值也为 true;其他情况下值为 false。元素比较大小是通过<运算符进行的。
  • a > b:等价于 b < a。

所有容器都有以下两个成员函数:

  • int size():返回容器对象中元素的个数。
  • bool empty():判断容器对象是否为空。

顺序容器和关联容器还有以下成员函数:

  • begin():返回指向容器中第一个元素的迭代器。
  • end():返回指向容器中最后一个元素后面的位置的迭代器。
  • rbegin():返回指向容器中最后一个元素的反向迭代器。
  • rend():返回指向容器中第一个元素前面的位置的反向迭代器。
  • erase(...):从容器中删除一个或几个元素。该函数参数较复杂,此处省略。
  • clear():从容器中删除所有元素。

如果一个容器是空的,则 begin() 和 end() 的返回值相等,rbegin() 和 rend() 的返回值也相等。

顺序容器还有以下常用成员函数:

  • front():返回容器中第一个元素的引用。
  • back():返回容器中最后一个元素的引用。
  • push_back():在容器末尾增加新元素。
  • pop_back():删除容器末尾的元素。
  • insert(...):插入一个或多个元素。该函数参数较复杂,此处省略。

迭代器(iterator)

要访问顺序容器和关联容器中的元素,需要通过“迭代器(iterator)”进行。迭代器是一个变量,相当于容器和操纵容器的算法之间的中介。迭代器可以指向容器中的某个元素,通过迭代器就可以读写它指向的元素。从这一点上看,迭代器和指针类似
1) 正向迭代器,定义方法如下:容器类名::iterator  迭代器名;
2) 反向迭代器,定义方法如下:容器类名::reverse_iterator  迭代器名;

#include <iostream>
#include <vector>
using namespace std;
int main()
{vector<int> v;  //v是存放int类型变量的可变长数组,开始时没有元素for (int n = 0; n<5; ++n)v.push_back(n);  //push_back成员函数在vector容器尾部添加一个元素vector<int>::iterator i;  //定义正向迭代器for (i = v.begin(); i != v.end(); ++i) {  //用迭代器遍历容器cout << *i << " ";  //*i 就是迭代器i指向的元素*i *= 2;  //每个元素变为原来的2倍}cout << endl;//用反向迭代器遍历容器for (vector<int>::reverse_iterator j = v.rbegin(); j != v.rend(); ++j)cout << *j << " ";return 0;
}

程序的输出结果是:
0 1 2 3 4
8 6 4 2 0

第 6 行,vector 容器有多个构造函数,如果用无参构造函数初始化,则容器一开始是空的。

第 10 行,begin 成员函数返回指向容器中第一个元素的迭代器。++i 使得 i 指向容器中的下一个元素。end 成员函数返回的不是指向最后一个元素的迭代器,而是指向最后一个元素后面的位置的迭代器,因此循环的终止条件是i != v.end()

第 16 行定义了反向迭代器用以遍历容器。反向迭代器进行++操作后,会指向容器中的上一个元素。rbegin 成员函数返回指向容器中最后一个元素的迭代器,rend 成员函数返回指向容器中第一个元素前面的位置的迭代器,因此本循环实际上是从后往前遍历整个数组。

如果迭代器指向了容器中最后一个元素的后面或第一个元素的前面,再通过该迭代器访问元素,就有可能导致程序崩溃,这和访问 NULL 或未初始化的指针指向的地方类似。

不同容器的迭代器的功能

1) 正向迭代器。假设 p 是一个正向迭代器,则 p 支持以下操作:++p,p++,*p。此外,两个正向迭代器可以互相赋值,还可以用==!=运算符进行比较。

2) 双向迭代器。双向迭代器具有正向迭代器的全部功能。除此之外,若 p 是一个双向迭代器,则--pp--都是有定义的。--p使得 p 朝和++p相反的方向移动。

3) 随机访问迭代器。随机访问迭代器具有双向迭代器的全部功能。若 p 是一个随机访问迭代器,i 是一个整型变量或常量,则 p 还支持以下操作:

  • p+=i:使得 p 往后移动 i 个元素。
  • p-=i:使得 p 往前移动 i 个元素。
  • p+i:返回 p 后面第 i 个元素的迭代器。
  • p-i:返回 p 前面第 i 个元素的迭代器。
  • p[i]:返回 p 后面第 i 个元素的引用。

此外,两个随机访问迭代器 p1、p2 还可以用 <、>、<=、>= 运算符进行比较。p1<p2的含义是:p1 经过若干次(至少一次)++操作后,就会等于 p2。其他比较方式的含义与此类似。

对于两个随机访问迭代器 p1、p2,表达式p2-p1也是有定义的,其返回值是 p2 所指向元素和 p1 所指向元素的序号之差(也可以说是 p2 和 p1 之间的元素个数减一)。

下面的程序中,每个循环演示了一种做法。

#include <iostream>
#include <vector>
using namespace std;
int main()
{vector<int> v(100); //v被初始化成有100个元素for(int i = 0;i < v.size() ; ++i) //size返回元素个数cout << v[i]; //像普通数组一样使用vector容器vector<int>::iterator i;for(i = v.begin(); i != v.end (); ++i) //用 != 比较两个迭代器cout << * i;for(i = v.begin(); i < v.end ();++i) //用 < 比较两个迭代器cout << * i;i = v.begin();while(i < v.end()) { //间隔一个输出cout << * i;i += 2; // 随机访问迭代器支持 "+= 整数"  的操作}
}

迭代器的辅助函数

STL 中有用于操作迭代器的三个函数模板,它们是:

  • advance(p, n):使迭代器 p 向前或向后移动 n 个元素。
  • distance(p, q):计算两个迭代器之间的距离,即迭代器 p 经过多少次 + + 操作后和迭代器 q 相等。如果调用时 p 已经指向 q 的后面,则这个函数会陷入死循环。
  • iter_swap(p, q):用于交换两个迭代器 p、q 指向的值。

下面的程序演示了这三个函数模板的 用法。

#include <list>
#include <iostream>
#include <algorithm> //要使用操作迭代器的函数模板,需要包含此文件
using namespace std;
int main()
{int a[5] = { 1, 2, 3, 4, 5 };list <int> lst(a, a+5);list <int>::iterator p = lst.begin();advance(p, 2);  //p向后移动两个元素,指向3cout << "1)" << *p << endl;  //输出 1)3advance(p, -1);  //p向前移动一个元素,指向2cout << "2)" << *p << endl;  //输出 2)2list<int>::iterator q = lst.end();q--;  //q 指向 5cout << "3)" << distance(p, q) << endl;  //输出 3)3iter_swap(p, q); //交换 2 和 5cout << "4)";for (p = lst.begin(); p != lst.end(); ++p)cout << *p << " ";return 0;
}

程序的输出结果是:
1) 3
2) 2
3) 3
4) 1 5 3 4 2

STL中“大”、“小”和“相等”的概念

stl中关联容器内部的元素是排序的。STL 中的许多算法也涉及排序、查找。这些容器和算法都需要对元素进行比较。

默认情况下,比较大小是通过<运算符进行的,和>运算符无关。在STL中提到“大”、“小”的概念时,以下三个说法是等价的:

x 比 y 小。表达式x<y为真。y 比 x 大。

一定要注意,y比x大意味着x<y为真,而不是y>x为真y>x的结果如何并不重要。
在 STL 中,x和y相等也往往不等价于x==y为真。对于在未排序的区间上进行的算法,如顺序查找算法 find,查找过程中比较两个元素是否相等用的是==运算符;但是对于在排好序的区间上进行查找、合并等操作的算法(如折半查找 binary_search,关联容器自身函数 find)来说,x和y相等是与x<y和y<x同时为假等价的,与==运算符无关。

看上去x<y和y<x同时为假就应该和x==y为真等价,其实不然。例如下面的 class A:

class A{public:bool operator< (const A & a)const {return false;}
};

可以看到,对任意两个类 A 的对象 x、y,x<yy<x都是为假的。也就是说,对 STL 的关联容器和许多算法来说,任意两个类 A 的对象都是相等的,这与==运算符的行为无关。

综上所述,使用 STL 中的关联容器和许多算法时,往往需要对<运算符进行适当的重载,使得这些容器和算法可以用<运算符对所操作的元素进行比较。最好将<运算符重载为全局函数,因为在重载为成员函数时,在有些编译器上会出错(由其 STL 源代码的写法导致)。

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