《Effective STL》读书笔记之容器1-5

参考链接：http://blog.csdn.net/haotiangg/article/details/76266579

第一章容器

第1条：慎重选择容器类型：选择合适的容器很关键！

C++中各种标准或非标容器：
标准STL序列容器： vector、string、deque和list（双向列表）。
标准STL关联容器： set、multiset、map和multimap。
非标准STL序列容器： slist（单向列表）和rope（重型字符串？）。
非标准STL关联容器： hash_set、hash_multiset、hash_map和hash_multimap。（c++11引入了unordered_set、unordered_multiset、unordered_map和unordered_multimap，其亦基于hash表，但属于最新的标准关联容器，所以相对hash_*拥有更高的效率和更好的安全性）
标准非STL容器：数组（c++11中有新的array标准）、bitset、valarray（用于数值计算，但是一般很少使用）、stack、queue和priority_queue（常用于模拟最大堆和最小堆）
其他： vector<char>在某些情况下可以替换string， vector在某些情况下可以替换标准关联容器。

不要使用 vector<bool>，vector<bool>不是容器，至少，不是标准意义上的容器。C++标准对于vector<bool>值有其特殊的实现方法。目的是为了减小空间的耗用。特殊版本内部只使用一个bit来存储一个元素，所以通常要比一般的bool值小8倍之多。建议使用deque<bool>替代之。

选择参考：

如果需要在容器的任意位置插入新元素，就选择序列容器；关联容器是不行的。
是否关心容器中的元素是如何排序的？如果不关心，则hash容器是一个可以的选择；否则，你要避免hash容器。
选择容器必须是标准C++的一部分吗，如果必须是，就排除了hash容器（疑惑：我怎么记得hash容器已经成为标准了呢？）、slist和rope。
当发生元素的插入或删除操作时，若需要避免移动容器中原来的元素，就要避免连续内存的容器。vector
容器中数据的布局需要和C兼容，则只能选择vector。
元素的查找速度是否很关键，如果是，则考虑hash容器、排序的vector和标准关联容器。
如果容器内部使用了引用计数技术，你是否介意？如果是，就要避免使用string和rope。可以用vector<char> 替代string。

面对不同的情形，选择合适的容器！

第二条：小心对“容器无关代码”（container-independent code）的幻想。

本条款要告诫程序员：编写与容器无关的代码是没有必要的。

STL是建立在泛型的基础上，但由于不同容器的特性不同（尤其是迭代器、指针和引用的类型与失效规则不同），支持所有容器的相同接口是不存在的。比如：
只有序列容器支持： push_front和push_back，
只有关联容器支持： logN时间复杂度的lower_bound、upper_bound和equal_range；
如果在工程中需要跟换容器类型，可以通过用typedef来减少跟换所带来的代码跟新量。

class Widget { ... };
typedef vector<Widget> WidgetContainer;
typedef WidgetContainer::iterator WCIterator;
WidgetContainer cw;
Widget bestWidget;
...
WCIterator i = find(cw.begin(), cw.end(), bestWidget);

同样，typedef可以用来简化一个经常被运用到的容器的定义，并减少维护的成本。但是typedef只是其他类型的同义字，
如果不想暴露所使用的容器类型，可以将所用的容器封装到一个class中。可以在这个class实现额外的功能，并对原始容器的操作进行封装。

第三条：确保容器中的对象拷贝正确而高效：

容器容纳了对象，但不是你给它们的那个对象。当你向容器中插入一个对象时，你插入的是该对象的拷贝而不是它本身；当你从容器中获取一个对象时，你获取的是容器中对象的拷贝。

拷贝对象是STL的基本工作方式。当你删除或者插入某个对象时，现有容器中的元素会移动（拷贝）；当你使用了排序算法，remove、uniquer或者他们的同类，rotate或者reverse，对象会移动（拷贝）。

一个使拷贝更高效、正确的方式是建立指针的容器而不是对象的容器，即保存对象的指针而不是对象，然而，指针的容器有它们自己STL相关的头疼问题，改进的方法是采用智能指针。

第四条：调用empty而不是检查size()是否为0

对于任意容器c，写下

if (c.size() == 0)…

本质上等价于写下

if (c.empty())…

但是为什么第一种方式比第二种优呢？理由很简单：对于所有的标准容器，empty是一个常数时间的操作，但对于一些list实现，size花费线性时间。

这什么造成list这么麻烦？为什么不能也提供一个常数时间的size？如果size是一个常数时间操作，当进行增加/删除操作时每个list成员函数必须更新list的大小，也包括了splice，这会造成splice的效率降低（现在的splice是常量级的），反之，如果splice不必修改list大小，那么它就是常量级地，而size则变为线性复杂度，因此，设计者需要权衡这两个操作的算法：一个或者另一个可以是常数时间操作。

第五条：尽量使用区间成员函数代替单元素操作

给定两个vector，v1和v2，怎样使v1的内容和v2的后半部分一样？
可行的解决方案有：

（1）使用区间函数assign：

v1.assign(v2.begin() + v2.size() / 2, v2.end());

（2）使用单元素操作：

vector<Widget>::const_iterator ci = v2.begin() + v2.size() / 2;
ci != v2.end();
++ci)
v1.push_back(*ci);

（3）使用copy区间函数：

v1.clear();
copy(v2.begin() + v2.size() / 2, v2.end(), back_inserter(v1));

（4）使用insert区间函数：

v1.insert(v1.end(), v2.begin() + v2.size() / 2, v2.end());

最优的方案是assign方案，理由如下：

首先，使用区间函数的好处是：
● 一般来说使用区间成员函数可以输入更少的代码。
● 区间成员函数会导致代码更清晰更直接了当。

使用copy区间函数存在的问题是：
【1】需要编写更多的代码，比如：v1.clear()，这个与insert区间函数类似
【2】 copy没有表现出循环，但是在copy中的确存在一个循环，这会降低性能

单元素变量操作指运用循环，将单个元素一一进行的操作，这类操作主要是插入（insert,push_front,push_back）和删除操作(erase)。值得注意的是如下copy操作虽然看起来是区间操作，其本质上还是单元素操作。

使用insert单元素版本的代码对你征收了三种不同的性能税，分别为：
【1】没有必要的函数调用；
【2】无效率地把v中的现有元素移动到它们最终插入后的位置的开销；
【3】重复使用单元素插入而不是一个区间插入必须处理内存分配。

使用区间操作的好处是什么呢？以insert函数为例：一、减少函数调用，区间操作只需调用一次insert()，而单元素操作需要调用N次insert()；二、对于内存连续型容器，每次插入时，需要移动后面的所有元素。所以区间操作只需移动一次，而单元素操作需要移动N次（list型不需要移动元素，但需要设置prev和next指针，也会造成类似的效率影响）；三、对于vector和string，当所分配内存已满，需要重新分配内存并移动容器内已有元素。区间操作会实现计算所需内存，只需最多一次的内存重新分配和元素移动，而但单元素操作需要logN次内存重新分配和元素移动。

下面进行总结：
说明：参数类型iterator表示容器的迭代器类型，也就是container::iterator，参数类型InputIterator表示可以接受任何输入迭代器。

【1】区间构造
所有标准容器都提供这种形式的构造函数：

container::container(InputIterator begin, // 区间的起点
InputIterator end); // 区间的终点

【2】区间插入
所有标准序列容器都提供这种形式的insert：

void container::insert(iterator position, // 区间插入的位置
InputIterator begin, // 插入区间的起点
InputIterator end); // 插入区间的终点

关联容器使用它们的比较函数来决定元素要放在哪里，所以它们了省略position参数。

void container::insert(lnputIterator begin, InputIterator end);

【3】区间删除
每个标准容器都提供了一个区间形式的erase，但是序列和关联容器的返回类型不同。序列容器提供了这个：

iterator container::erase(iterator begin, iterator end);

而关联容器提供这个：

void container::erase(iterator begin, iterator end);

为什么不同？解释是如果erase的关联容器版本返回一个迭代器（被删除的那个元素的下一个）会招致一个无法接受的性能下降.

【4】区间赋值
所有标准列容器都提供了区间形式的assign：

void container::assign(InputIterator begin, InputIterator end);

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