C++Review7_STL、容器、迭代器

我之前的博文中有专门的5篇整理并介绍了STL的概念：

STL1——整体介绍：https://www.cnblogs.com/grooovvve/p/10467794.html

STL2——泛型编程（模板类、迭代器）：https://www.cnblogs.com/grooovvve/p/10467797.html

STL3——函数对象：https://www.cnblogs.com/grooovvve/p/10467800.html

STL4——算法：https://www.cnblogs.com/grooovvve/p/10491685.html

STL5——其他库总结：https://www.cnblogs.com/grooovvve/p/10491705.html

通过复习和提炼其实有助于加深对这些概念的理解。

STL 的英文全称叫做Standard Template Library，就是标准模板库的意思。

STL编程是一种泛型编程的思想。泛型的体现就是使用模板类来编程，模板类使得类可以独立于具体的数据类型；

这样子编程更加灵活，增强代码的复用；

STL中提供了一组容器、迭代器、函数对象、和算法的模板；STL是提供了一组模板；

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一、什么是容器：

容器是用来存储数据的，数据的类型可以是用户自定义的，也可以是预定义的。

这里主要要关注七大类容器：vector、list、deque、map、set、stack、queue；

这七大类容器按类型可分为三种：

　　顺序性容器：vector、list、deque；

　　关联性容器：set、map（及其衍生的multiset、multimap）；

　　容器适配器：stack、queue；

接下来分别介绍一下这七大容器，然后再对三种容器类型进行总结；

1、vector：中文名叫做向量，其实就是一种封装了动态大小的数组的顺序性容器、也可以理解成一个序列。可以把它简单理解成存放任意数据类型的动态数组。和静态数组一样具有随机访问的能力。也就是说访问任意索引的元素的时间复杂度都是O(1)。vector支持对序列中的任意元素进行快速直接访问。　

对于vector的操作有很多，最常见的几种先熟悉一下：

　　push_back() 往序列尾加入元素；

　　empty() 判断向量是否为空；

　　size() 判断向量中元素的个数；

　　当然顺序性容器的特点就是可以用for循环进行遍历；

2、list：其底层实现是一种双向链表结构，所以相比于vector而言，其允许快速的插入和删除，但是随机访问比较慢。 vector的随机插入和删除比list慢，但是随机访问快。所以二者也算是各有优劣，根据实际情况选择性使用哪种。

3、deque：更像是vector的升级版，是一个双端的动态数组，无论在尾部还是在头部插入元素都比较迅速。但是在中间插入元素比较慢。

所以总结来看vector、deque的本质就是数组、list的本质就是链表。

之前的vector、deque是方便访问，不方便修改元素；list是方便修改元素，不方便访问。

那么对于一些既要修改又要访问的场景，该怎么办？这就涉及set（集合） 和map（映射、字典）；

首先我们要知道set、map都是高级的数据结构，其底层实现是可以不一样的，可以是某种搜索树结构、也可以用哈希表实现。

哈希表的实现可以使得访问、修改元素的时间复杂度都为O(1)。但是会失去了数据的顺序性。

树结构的访问和修改都是O(logn)级别的，也就是说是折中了访问和修改的性能。而且数据具有顺序性。

set、map主要用于解决一些查找问题。查找有无、查找对应关系（例如：元素-频率）。

4、set ：是一种关联性容器，存储了一堆同类型的元素，这些元素必须都是唯一的。

A standard container made up of unique keys, which can be retrieved in logarithmic time.

　　常见的操作有：

　　find()  查找元素是否存在；

　　insert() 插入元素

　　empty() 集合是否为空；

　　...

　　

5、map：map中的元素是成对存在的，我们管它叫做键值对，C++中有pair、make_pair去声明和构建键值对。折中键值对适合用于查找对应关系，例如某个元素出现的频率等。

　　常见的操作有：

　　find()  查找元素是否存在；

　　insert() 插入元素；

　　empty() 集合是否为空；

　　...

　　有一种map叫做unordered_map，其底层实现是哈希表，因此其查找速度非常快，缺点是哈希表的建立比较费时而且占用内存。对于查找问题使用unordered_map会跟快。同理set也有对应的unordered_set；这种set、map我们管它叫无序集合、无序映射。

stack栈、queue队列、priority_queue优先队列也是高级的数据结构，其底层实现可以是数组、也可以是链表。

6、stack 

　　栈的特点是只能对栈顶元素进行操作。是一种先进后出的结构FIFO，

　　栈的操作：主要有压栈push、出栈pop、查看栈顶元素top、是否为空empty；

　　栈的结构和操作虽然简单，但是使用起来非常灵活。

　　而且栈和递归的关系非常密切。递归的操作就是通过栈的结构实现的。

　　栈顶元素反应了嵌套的层次关系中，最近要匹配的元素。

　　二叉树的的前中后序递归遍历、非递归遍历实际上就是应用了栈的原理；

7、queue

　　是一种先进先出的结构FILO。队尾进元素，队首出元素。

　　优先队列比较特殊的是出队的逻辑发生了改变，最高优先级的元素先出队。这个最搞优先级怎么定义视情况而定。实际上优先队列的底层实现是堆的结构（最大堆、最小堆）。堆的底层实现实际上是树的结构。链表实际上是特殊的树。这里不展开讲了。

　　队列的操作有：入队push、出队pop、获取对顶元素top、队列是否为空empty；

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二、关于迭代器：

　　在数组这样的结构中，遍历所有的元素显得很自然很方便。就是用数组下标访问即可。

　　但是要遍历STL的容器中元素该怎么做呢？这就要使用迭代器。迭代器本质是一种对象。

　　每种容器，都有其对应的迭代器对象。声明了相应容器的迭代器对象之后，就可以用迭代器访问该容器的任一元素。

　　迭代器最重要的意义在于，其使用起来都是一样的且十分方便，屏蔽了不同容器的差异。

　

例如下方代码，使用迭代器iter遍历prority_queue中所有元素。容器提供了两种方法begin()、end()表示容器的第一个和最后一个元素。

迭代器的累加重载了++运算符，使得使用起来相当方便。

         priority_queue<pair<int,int>,vector<pair<int,int>>,greater<pair<int,int>>> pq;
         for(unordered_map<int,int>::iterator iter = freq.begin(); iter!=freq.end(); iter++)
         {
             if(pq.size()==k)
             {
                 if(iter->second > pq.top().first)
                     pq.pop();
                     pq.push(make_pair(iter->second,iter->first));
             }
             else
                 pq.push(make_pair(iter->second,iter->first));
         }

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