STL的使用和背后数据结构

Posted 2020-09-28 Christal_R

vector、string、map、set、hash_map、hash_set的使用方法及数据库

STL（Standard Template Library即，模板库）包括六个部分：容器（containers）、迭代器（iterators）、空间配置器（allocator）、配接器（adapters）、算法（algorithms）、仿函数（functors）

vector

1、vector：连续存储

（1）头文件，#include<vector>

（2）创建vector对象，vector<int> vec；

（3）尾部插入元素，vec.push_back(a)；

（4）使用下标访问元素，cout<<vec[0]<<endl；

（5）使用迭代访问元素

 1 vector<int>::iterator it;
 2 for(it=vec.begin();it!=vec.end();it++)
 3     cout<<(*it)<<endl;

（6）插入元素，vec.insert(vec.begin()+i,a)；在第i+1个元素前面插入a

（7）删除元素，vec.erase(vec.begin()+2)；删除第3个元素

　　　　　　　  vec.erase(vec.begin()+i,vec.end()+j)；删除区间[i,j-1]；区间从0开始

（8）向量大小，vec.size()；

（9）清空，vec.clear()；

 vector的元素不仅仅只限于int型，int、double、string、全局结构体等都可以。

 1 #include<iostream>
 2 #include<vector>
 3 using namespace std;
 4 
 5 struct Student
 6 {
 7     int num;
 8     double score;
 9     double operator< (const Student &stu) const
10     {
11         if(stu.score>score)
12             return stu.score;
13         else
14             return score;
15     }
16 };
17 
18 int main()
19 {
20     vector<Student> stu;
21     //student 1
22     Student stu_temp;
23     stu_temp.num = 1;
24     stu_temp.score =9.9;
25     stu.push_back(stu_temp);
26     //student 2
27     Student stu_temp1;
28     stu_temp1.num = 2;
29     stu_temp1.score =8.8;
30     stu.push_back(stu_temp1);
31     //student 3
32     Student stu_temp2;
33     stu_temp2.num = 3;
34     stu_temp2.score =7.7;
35     stu.push_back(stu_temp2);
36     //print all the students
37     cout<<"the number of student:"<<stu.size()<<endl;
38     vector<Student>::iterator it;
39     for(it=stu.begin();it!=stu.end();it++)
40         cout<<"number:"<<(*it).num<<" score:"<<(*it).score<<endl;
41     //delete one student
42     stu.erase(stu.begin()+1);
43     cout<<endl;
44     cout<<"the number of student:"<<stu.size()<<endl;
45     for(it=stu.begin();it!=stu.end();it++)
46         cout<<"number:"<<(*it).num<<" score:"<<(*it).score<<endl;
47     //print the better score
48     double _result = stu_temp<stu_temp1;
49     cout<<endl;
50     cout<<"the better score:"<<_result<<endl;
51 
52     return 0;
53 }

vector_sample

string

2、string

平时最常用的一个，这里就不做过多说明了

map

3、map：关联容器，提供一对一的数据映射（关键字，值）；数据结构为红黑树（RB-Tree）

　　关键字只能在map中出现一次；另外，map内部自建一颗红黑树(一种非严格意义上的平衡二叉树)，这颗树具有对数据自动排序的功能，所以在map内部所有的数据都是有序的；

（1）头文件，#include<map>；

（2）创建map对象，map<int,string> mapStudent；

（3）插入数据，

第一种：用insert函数插入pair数据

 1 mapStudent.insert(pair<int,string>(1,"Christal"));
 2 mapStudent.insert(pair<int,string>(2,"Carl"));

第二种：用insert函数插入value_type数据

 1 mapStudent.insert(map<int,string>::value_type (1,"Christal"));
 2 mapStudent.insert(map<int,string>::value_type (2,"Carl"));

第三种：用数组方式插入数据

 1 mapStudent[1] = "Christal";
 2 mapStudent[2] = "Carl";

输出均为：

　　如果用前两种方法插入数据，因为关键字是唯一的，所以当关键字已经存在的时候，再插入相同关键字的map是不成功的；而第三种用数组插入的方法是仍然可以的，会将原来的关键字所对应的值进行更改，相当于被覆盖掉了。

　　所以要想知道前两种方法的插入是否成功，应该用一个返回值来检验。

 1 #include<iostream>
 2 #include<string>
 3 #include<map>
 4 using namespace std;
 5 int main()
 6 {
 7     map<int,string> mapStudent;
 8     pair<map<int,string>::iterator,bool> insert_pairl;
 9 
10     //insert 1 and check
11     insert_pairl = mapStudent.insert(pair<int,string>(1,"Christal"));
12     if(insert_pairl.second == true)
13         cout<<"Insert Successfully"<<endl;
14     else
15         cout<<"Insert Failure"<<endl;
16 
17     //insert 2 and check
18     insert_pairl = mapStudent.insert(pair<int,string>(2,"Carl"));
19     if(insert_pairl.second == true)
20         cout<<"Insert Successfully"<<endl;
21     else
22         cout<<"Insert Failure"<<endl;
23 
24     //insert 3 and check
25     insert_pairl = mapStudent.insert(pair<int,string>(1,"Jerry"));
26     if(insert_pairl.second == true)
27         cout<<"Insert Successfully"<<endl<<endl;
28     else
29         cout<<"Insert Failure"<<endl<<endl;
30 
31     //print
32     map<int,string>::iterator it;
33     for(it=mapStudent.begin();it!=mapStudent.end();it++)
34         cout<<(*it).first<<" "<<(*it).second<<endl;
35 
36     return 0;
37 }

map_insert_check

　　正如上面所说，当要插入的关键字已经存在，是插入失败的，所以输出结果为：

　　而采用数组插入方式会直接覆盖

1 mapStudent[1] = "Christal";
2 mapStudent[2] = "Carl";
3 mapStudent[1] = "Jerry";

　　输出结果为：

（4）数据的遍历，当然分为用迭代器遍历的方式和用数组遍历的方式，其中以迭代器遍历中又分为正向遍历和反向遍历，正向遍历就是我们所熟知的迭代器遍历方式，反向遍历如下：

 1 map<int,string>::iterator it; //print
 2 for(it=mapStudent.begin();it!=mapStudent.end();it++)
 3     cout<<(*it).first<<" "<<(*it).second<<endl;
 4
 5 map<int,string>::reverse_iterator rit; //reverse print
 6 for(rit=mapStudent.rbegin();rit!=mapStudent.rend();rit++)
 7     cout<<(*rit).first<<" "<<(*rit).second<<endl;

输出结果为：

（5）查找数据，一是用count()函数查找，存在返回1，否者返回0；二是用find()函数来定位数据出现的位置；

　　find()函数返回一个迭代器，如果找到数据，则返回数据所在位置的迭代器；如果不存在，则返回值与end()函数的返回值相同；

 1 map<int,string>::iterator _iter;
 2 _iter = mapStudent.find(1);
 3 if(_iter != mapStudent.end())
 4     cout<<"Find Successfully"<<endl;
 5 else
 6     cout<<"Find Failure"<<endl;

（6）删除数据，clear()和erase()

　　清空map中的所有数据用clear()函数，判定map中是否有数据用empty()函数，为空返回true。

　　选择性的删除用erase()函数，可以实现三种方式的删除，

用迭代器删除：

1 map<int,string>::iterator _iter;
2 _iter = mapStudent.find(1);
3  mapStudent.erase(_iter);

用关键字删除：

1 int n = mapStudent.erase(1);
2if(n == 1)
3     cout<<"Erase Successfully"<<endl;
4else
5     cout<<"Erase Failure"<<endl;

用迭代器成片删除，删除区间是一个前闭后开[ )的集合：

 1 mapStudent.erase(mapStudent.begin(),mapStudent.end());

set

4、set：用来存储同一数据类型的数据，内部每个元素都是唯一的，且自动排序；数据结构为红黑树（RB-Tree）

（1）构造函数，set<int> c；

（2）查找函数，find()函数和count()函数；

（3）数据访问函数，begin()、end()、rbegin()、rend()；

（4）插入数据，insert(element)、insert(position,element)、insert(begin,end)；

（5）删除数据，erase(position)、erase(element)、erase(begin,end)；

hash_map&hash_set

5、hash_map和hash_set：底层数据结构是哈希表

　　hash_map与map用法类似，只是内部数据结构不同，hash_map提供内部数据随机、更快的访问；hash_set同理。

总结

6、总结：

（1）vector封装数组，list封装链表，map和set封装了二叉树；

（2）对于这些STL，应当掌握基本的插入、删除、排序、查找等操作；

（3）对于结构体类型的vector、map、set、hash_map、hash_set等，需要对运算符 ‘ < ’ 进行重载。

　　例如在map中引入结构体，对 ‘ < ’ 运算符进行重载：

 1 #include<iostream>
 2 #include<string>
 3 #include<map>
 4 using namespace std;
 5 
 6 struct Student
 7 {
 8     int num;
 9     string name;
10     Student(int nu,string na) //constructor
11     {
12         name = na;
13         num = nu;
14     }
15 public:
16     bool operator< (const Student& stu) const //operator the <
17     {
18         return stu.num<num;
19     }
20 };
21 
22 int main()
23 {
24     map<Student,double> mapStudent;
25     //student information
26     Student stu1(1,"Christal");
27     Student stu2(2,"Carl");
28     Student stu3(3,"Jerry");
29     //insert
30     mapStudent.insert(pair<Student,double>(stu1,9.9));
31     mapStudent.insert(pair<Student,double>(stu2,8.8));
32     mapStudent.insert(pair<Student,double>(stu3,7.7));
33     //print
34     map<Student,double>::iterator it;
35     for(it=mapStudent.begin();it!=mapStudent.end();it++)
36         cout<<(*it).first.num<<" "<<(*it).first.name<<" "<<(*it).second<<endl;
37 
38     return 0;
39 }