C++学习笔记之顺序容器

背景

C++中的顺序容器是一种用于存储和管理元素序列的数据结构。它们提供了一组有序的元素，并支持在序列的任意位置插入和删除元素。C++标准库中提供了多种顺序容器，包括vector、deque、list、forward_list和array。

vector

vector是一种动态数组，它可以在序列的末尾快速添加和删除元素。vector的元素在内存中是连续存储的，因此可以通过指针访问元素，也可以使用迭代器遍历元素。vector的大小可以动态调整，但是在插入或删除元素时可能需要重新分配内存，因此可能会导致性能问题。以下是vector的一些常规操作：

• push_back：在序列的末尾添加一个元素。传入参数为要添加的元素。
• pop_back：从序列的末尾删除一个元素。无需传入参数。
• insert：在序列的任意位置插入一个元素。传入参数为插入位置的迭代器和要插入的元素。
• erase：从序列的任意位置删除一个元素。传入参数为要删除元素的迭代器。
• size：返回序列中元素的数量。无需传入参数。
• empty：检查序列是否为空。无需传入参数。
• clear：删除序列中的所有元素。无需传入参数。 以下是一个使用vector存储整数的例子：

#include 
#include 

int main() {
    std::vector<int> v = {1, 2, 3, 4, 5};
    v.push_back(6);
    v.pop_back();
    auto it = v.begin();
    std::advance(it, 2);
    v.insert(it, 7);
    it = v.begin();
    std::advance(it, 4);
    v.erase(it);
    for (auto i : v) {
        std::cout << i << " ";
    }
    std::cout << std::endl;
    return 0;
}

在这里，我们使用vector存储整数，并在序列的末尾添加和删除元素，以及在序列的任意位置插入和删除元素。我们使用push_back函数在序列的末尾添加一个元素，使用pop_back函数从序列的末尾删除一个元素，使用begin函数获取vector的迭代器，并使用advance函数将迭代器移动到指定位置，然后使用insert函数在指定位置插入一个元素，使用erase函数从指定位置删除一个元素。最后，我们使用循环遍历vector中的元素，并将它们打印到控制台上。

deque

deque是一种双端队列，它可以在序列的两端快速添加和删除元素。deque的元素在内存中不一定是连续存储的，因此不能使用指针访问元素，但是可以使用迭代器遍历元素。deque的大小可以动态调整，但是在插入或删除元素时可能需要重新分配内存，因此可能会导致性能问题。以下是deque的一些常规操作：

• push_front：在序列的前面添加一个元素。传入参数为要添加的元素。
• push_back：在序列的后面添加一个元素。传入参数为要添加的元素。
• pop_front：从序列的前面删除一个元素。无需传入参数。
• pop_back：从序列的后面删除一个元素。无需传入参数。
• insert：在序列的任意位置插入一个元素。传入参数为插入位置的迭代器和要插入的元素。
• erase：从序列的任意位置删除一个元素。传入参数为要删除元素的迭代器。
• size：返回序列中元素的数量。无需传入参数。
• empty：检查序列是否为空。无需传入参数。
• clear：删除序列中的所有元素。无需传入参数。 以下是一个使用deque存储字符串的例子：

#include 
#include 

int main() {
    std::deque

在这里，我们使用deque存储字符串，并在序列的两端添加和删除元素，以及在序列的任意位置插入和删除元素。我们使用push_front函数在序列的前面添加一个元素，使用push_back函数在序列的后面添加一个元素，使用pop_front函数从序列的前面删除一个元素，使用pop_back函数从序列的后面删除一个元素，使用begin函数获取deque的迭代器，并使用advance函数将迭代器移动到指定位置，然后使用insert函数在指定位置插入一个元素，使用erase函数从指定位置删除一个元素。最后，我们使用循环遍历deque中的元素，并将它们打印到控制台上。

list

list是一种双向链表，它可以在序列的任意位置快速添加和删除元素。list的元素在内存中不一定是连续存储的，因此不能使用指针访问元素，但是可以使用迭代器遍历元素。list的大小可以动态调整，但是在插入或删除元素时不需要重新分配内存，因此不会导致性能问题。

以下是list的一些常规操作：

• push_front：在序列的前面添加一个元素。传入参数为要添加的元素。
• push_back：在序列的后面添加一个元素。传入参数为要添加的元素。
• insert：在序列的任意位置插入一个元素。传入参数为插入位置的迭代器和要插入的元素。
• erase：从序列的任意位置删除一个元素。传入参数为要删除元素的迭代器。
• size：返回序列中元素的数量。无需传入参数。
• empty：检查序列是否为空。无需传入参数。
• clear：删除序列中的所有元素。无需传入参数。 以下是一个使用list存储浮点数的例子：

#include 
#include 

int main() {
    std::list<double> l = {1.1, 2.2, 3.3, 4.4, 5.5};
    l.push_front(0.0);
    l.push_back(6.6);
    auto it = l.begin();
    std::advance(it, 2);
    l.insert(it, 2.0);
    it = l.begin();
    std::advance(it, 4);
    l.erase(it);
    for (auto d : l) {
        std::cout << d << " ";
    }
    std::cout << std::endl;
    return 0;
}

在这里，我们使用list存储浮点数，并在序列的任意位置添加和删除元素。我们使用push_front函数在序列的前面添加一个元素，使用push_back函数在序列的后面添加一个元素，使用begin函数获取list的迭代器，并使用advance函数将迭代器移动到指定位置，然后使用insert函数在指定位置插入一个元素，使用erase函数从指定位置删除一个元素。最后，我们使用循环遍历list中的元素，并将它们打印到控制台上。

forward_list

forward_list是一种单向链表，它可以在序列的任意位置快速添加和删除元素。forward_list的元素在内存中不一定是连续存储的，因此不能使用指针访问元素，但是可以使用迭代器遍历元素。forward_list的大小可以动态调整，但是在插入或删除元素时不需要重新分配内存，因此不会导致性能问题。以下是forward_list的一些常规操作：

• push_front：在序列的前面添加一个元素。传入参数为要添加的元素。
• insert_after：在序列的任意位置插入一个元素。传入参数为插入位置的迭代器和要插入的元素。
• erase_after：从序列的任意位置删除一个元素。传入参数为要删除元素的前一个元素的迭代器。
• size：返回序列中元素的数量。无需传入参数。
• empty：检查序列是否为空。无需传入参数。
• clear：删除序列中的所有元素。无需传入参数。 以下是一个使用forward_list存储整数的例子：

#include 
#include 

int main() {
    std::forward_list<int> fl = {1, 2, 3, 4, 5};
    fl.push_front(0);
    auto it = fl.before_begin();
    std::advance(it, 2);
    fl.insert_after(it, 2);
    it = fl.before_begin();
    std::advance(it, 4);
    fl.erase_after(it);
    for (auto i : fl) {
        std::cout << i << " ";
    }
    std::cout << std::endl;
    return 0;
}

在这里，我们使用forward_list存储整数，并在序列的任意位置添加和删除元素。我们使用push_front函数在序列的前面添加一个元素，使用before_begin函数获取forward_list的前向迭代器，并使用advance函数将迭代器移动到指定位置的前一个位置，然后使用insert_after函数在指定位置插入一个元素，使用erase_after函数从指定位置删除一个元素。最后，我们使用循环遍历forward_list中的元素，并将它们打印到控制台上。

array

rray是一种固定大小的数组，它可以快速访问元素。array的元素在内存中是连续存储的，因此可以通过指针访问元素，也可以使用迭代器遍历元素。array的大小是固定的，因此不能动态调整大小。

以下是array的一些常规操作：

• at：访问指定位置的元素。传入参数为元素的索引。
• operator[]：访问指定位置的元素。传入参数为元素的索引。
• front：访问序列的第一个元素。无需传入参数。
• back：访问序列的最后一个元素。无需传入参数。
• size：返回序列中元素的数量。无需传入参数。
• empty：检查序列是否为空。无需传入参数。

以下是一个使用array存储字符的例子：

#include 
#include 

int main() {
    std::array<char, 5> a = {'h', 'e', 'l', 'l', 'o'};
    std::cout << a.at(0) << " ";
    std::cout << a[1] << " ";
    std::cout << a.front() << " ";
    std::cout << a.back() << " ";
    std::cout << a.size() << " ";
    std::cout << std::boolalpha << a.empty() << std::endl;
    return 0;
}

在这里，我们使用array存储字符，并访问序列的元素。我们使用at函数和operator[]运算符访问指定位置的元素，使用front函数和back函数访问序列的第一个元素和最后一个元素，使用size函数返回序列中元素的数量，使用empty函数检查序列是否为空。最后，我们将访问到的元素和序列的信息打印到控制台上。

最后

在实际编程中，我们需要根据不同的需求选择合适的顺序容器。例如，如果需要快速在序列的末尾添加和删除元素，可以选择vector；如果需要快速在序列的两端添加和删除元素，可以选择deque；如果需要快速在序列的任意位置添加和删除元素，可以选择list或forward_list；如果需要快速访问元素，可以选择array。在选择容器时，需要考虑容器的特点、用法和性能，以便选择最合适的容器。