第九章 順序容器

一、順序容器概述

• 順序容器（sequential container）：為程式設計師提供了控制元素儲存和訪問順序的能力。這種順序不依賴於元素的值，而是與元素加入容器時的位置相對應。
• 不同容器在不同的方面都有不同的效能折中：
  • 向容器新增或者刪除元素的代價
  • 非順序訪問容器中元素的代價

1. 順序容器型別

• 除了固定大小的array外，其他容器都提供高效、靈活的記憶體管理。
• • forward_list和array是新C++標準增加的型別。
• 通常使用vector是最好的選擇，除非你有很好的理由選擇其他容器。
• 新標準庫的容器比舊版的快得多

二、容器庫概覽

1. 容器操作

類型別名

建構函式

• 只有順序容器的建構函式才接受大小引數，關聯容器並不支援。
• array具有固定大小。
• 和其他容器不同，預設構造的array是非空的。
• 直接複製：將一個容器複製給另一個容器時，型別必須匹配：容器型別和元素型別都必須相同。
• 使用迭代器複製：不要求容器型別相同，容器內的元素型別也可以不同。

賦值和swap

• 使用非成員版本的swap是一個好習慣。
• assign操作不適用於關聯容器和array，僅適用於順序容器。
• 賦值相關運算會導致指向左邊容器內部的迭代器、引用和指標失效。而swap操作將容器內容交換不會導致指向容器的迭代器、引用和指標失效(array和string除外)。

大小

新增元素

• 因為這些操作會改變大小，因此不適合於array。
• forward_list有自己專有版本的insert和emplace。
• forward_list不支援push_back和emplace_back。
• 當我們用一個物件去初始化容器或者將物件插入到容器時，實際上放入的是物件的拷貝。
• emplace開頭的函式是新標準引入的，這些操作是構造而不是拷貝元素。
• 傳遞給emplace的引數必須和元素型別的建構函式相匹配。
• 向一個vector、string或deque插入元素會使所有指向內容的迭代器、引用和指標失效。

刪除元素

• 會改變容器大小，不適用於array。
• forward_list有特殊版本的erase
• forward_list不支援pop_back
• vector和string不支援pop_front
• 刪除deque中除收尾位置之外的任何元素都會使所有迭代器、引用和指標都會失效。指向vector或string中刪除點之後位置的迭代器、引用和指標都會失效。

訪問元素

• 訪問成員函式返回的是引用。
• at和下標操作只適用於string、vector、deque、array。
• back不適用於forward_list。
• 如果希望下標是合法的，可以使用at函式。

特殊的forward_list操作

• 連結串列在刪除元素時需要修改前置節點的內容，雙向連結串列會前驅的指標，但是單向連結串列沒有儲存，因此需要增加獲取前置節點的方法。
• forward_list定義了before_begin，即首前（off-the-begining）迭代器，允許我們再在首元素之前新增或刪除元素。

改變容器大小

• 如果resize縮小容器，則指向被刪除元素的迭代器、引用和指標都會失效；對vector、string或deque進行resize可能導致迭代器、引用和指標失效。

獲取迭代器

• 以c開頭的版本是C++11新標準引入的
• 當不需要寫訪問時，應該使用cbegin和cend。

反向容器的額外成員

• 不支援forward_list

2. 迭代器

• 迭代器範圍：begin到end，即第一個元素到最後一個元素的後面一個位置。
• 左閉合區間：[begin, end)。
• 使用左閉合蘊含的程式設計設定：
  • 如果begin和end相等，則範圍為空。
  • 如果二者不等，則範圍至少包含一個元素，且begin指向該範圍中的第一個元素。
  • 可以對begin遞增若干次，使得begin == end。

三、順序容器操作

1. 容器操作可能使迭代器失效的情況

• 在向容器新增元素後：
  • 對於vector和string，如果儲存空間被重新分配，則指向容器的迭代器、引用和指標都會失效。如果儲存空間未被重新分配，則指向插入位置之前的元素的迭代器、引用和指標仍然有效，但是之後的都會無效，
  • 對於deque，插入到除首尾位置之外的任何位置都會導致迭代器、引用和指標失效。如果在首尾位置新增元素，那麼迭代器會失效，但是指向存在的元素的引用和指標不會失效。
  • 對於list和forward_list，指向容器的迭代器、引用和指標仍然有效。
• 在從容器刪除元素後：
  • 對於vector和string，指向被刪元素之前元素的迭代器、引用和指標仍然有效。
  • 對於deque，如果在首尾之外的任何位置刪除元素，那麼指向被刪除元素外其他元素的迭代器、引用和指標都會失效。如果在尾位置刪除元素，則尾後迭代器失效，但是其他迭代器、引用和指標仍然有效。如果在首位置刪除元素，其他迭代器、引用和指標仍然有效。
  • 對於list和forward_list，指向容器其他位置的迭代器、引用和指標仍然有效。
  • 注意：當我們刪除元素時，尾後迭代器總會失效。使用失效的迭代器、指標、引用是嚴重的執行時錯誤！
  • 建議：將要求迭代器必須保持有效的程式片段最小化。並且不要儲存end返回的迭代器。

2. 容器內元素的型別約束

• 元素型別必須支援賦值運算；
• 元素型別的物件必須可以複製。
• 除了輸入輸出標準庫型別外，其他所有標準庫型別都是有效的容器元素型別。

四、vector物件是如何增長的

vector和string在記憶體中是連續儲存的，如果原先分配的記憶體位置已經使用完，則需要重新分配新空間，將已有元素從就位置移動到新空間中，然後新增新元素。但是如果這樣，效能會很差。
為了避免這種代價，標準庫採用了可以減少容器空間重新分配次數的策略。即，當不得不獲取新的記憶體空間時，vector和string的實現通常會分配比新的空間需求更大的記憶體空間。

管理容器的成員函式

• 注意：reserve並不改變容器中元素的數量，它僅影響vector預先分配多大的記憶體空間。

五、額外的string操作

1. 構造string的其他方法

2. substr操作

3. 改變string其他方法

4. string搜尋操作

• string類提供了6個不同的搜尋函式，每個函式都有4個過載版本。
• 每個搜尋操作都返回一個string::size_type值，表示匹配發生位置的下標。如果搜尋失敗則返回一個名為string::npos的static成員（型別是string::size_type，初始化值是-1，也就是string最大的可能大小）

args必須是一下的形式之一：

5. compare函式

邏輯類似於C標準庫的strcmp函式，根據s是等於、大於還是小於引數指定的字串，s.compare返回0、正數或負數。

6. 數值轉換

六、容器介面卡

• 除了順序容器外，標準庫還定義了三個順序容器介面卡：stack、queue、priority_queue。
• 介面卡(adapter)是使一事物的行為類似於另一事物的行為的一種機制，例如 stack 可以使任何一種順序容器(除array或forward_list)以棧的方式工作。
• 預設情況下，stack和queue是基於deque實現的，priority_queue是基於vector實現的。
• 注意：所有介面卡都要求容器具有新增和刪除元素以及訪問尾元素的能力。

// 每個介面卡都定義兩種建構函式：1.預設建構函式建立一個空物件。2. 接受一個容器的建構函式拷貝該容器來初始化介面卡。

// 1. 
deque<int> deq;
stack<int> stk(deq);

// 2.
stack<string, vector<string> > str_stk;

1. 介面卡的通用操作和型別

2. stack

• 定義在stack標頭檔案中。
• stack預設基於deque實現，也可以在list或vector之上實現。

3. queue和priority_queue

• 定義在queue標頭檔案中。
• queue預設基於deque實現，priority_queue預設基於vector實現。
• queue可以在list或vector之上實現，priority_queue也可以用deque實現。