C++ STL vector容器學習，stlvector

C++ STL vector容器學習，stlvector

　　STL(Standard Template Library)標准模板庫是C++最重要的組成部分，它提供了一組表示容器、迭代器、函數對象和算法的模板。其中容器是存儲類型相同的數據的結構(如vector，list， deque， set， map等)，算法完成特定任務，迭代器用來遍歷容器對象，扮演容器和算法之間的膠合劑。   

模板類vector 　　在計算中，矢量(vector)對應數組，它的數據安排以及操作方式，與array非常類似。在C++中,使用vector模板類時，需要頭文件包含#include<vector>，並聲明使用using std::vector或者using namespace std; (1)vector初始化 要創建vector模板對象，可使用<type>表示法來指出所使用的類型,vector通過類函數重載，支持多種初始化方式。

 int a[5] = {5, 1, 2, 0, 3};
 vector<int> v0(a, a+4);    
 vector<int> v1(v0);
 vector<int> v2(v0.begin(), v0.begin()+2);
 vector<int> v3(5);

如果編譯器支持C++11, 可以采用列表初始化,結果相同。

 vector<int> v{5, 1, 2, 0, 3};

(2)vector方法

C++ STL除了分配空間外，還提供了一些基本方法，下面將詳細講解這些方法。 push_back 向容器的末尾添加元素，容器內元素個數加1 pop_back 刪除容器尾端元素，容器內元素個數減1.

v1.push_back(rand()%100); 
v1.pop_back();

size 容器內當前元素個數 capacity 容器當前容量 empty 判斷容器是否為空

cout<<v1.size()<<endl;     
cout<<v1.capacity()<<endl; 
if(!v1.empty())
{
    v1.pop_back();
    cout<<"v1 is not empty!"<<endl;     
}   

resize 修改當前容器內元素個數，大於當前數則插入相應數據，小於則刪除末尾相應區間。 reserve 修改當前容器容量，大於當前容量則申請相應空間，小於則不處理。

v1.resize(9, 6);           
v1.reserve(14);            

insert 在容器指定區間插入一個或者多個元素 earse 刪除容器內一個或者指定區間內所有元素

v0.insert(v0.begin(), a[0]);          
v1.insert(v1.begin(), a, a+2);       
v1.insert(v1.begin(), v0.begin()+2, v0.begin()+4); 
    
v1.earse(v1.end()-6);                 
v1.earse(v1.end()-6, v1.end());  

front 返回容器的第一個元素 back  返回容器的最後一個元素

cout<<v1.front()<<endl; 
cout<<v1.end()<<endl;

clear 清空容器內元素，僅修改size，不影響容器容量 swap  交換兩容器內內容，用於容量收縮

 v1.clear();
 vector<int>().swap(v1);

begin 返回指向vector首位的迭代器 end   返回指向vector末位的迭代器 基於迭代器，就可以簡單的實現vector的遍歷。

for(vector<int>::iterator iter0=vt1.begin(); iter0!=vt1.end(); iter0++)
{cout<<*iter0;}

當然，C++11提供了類型推導，上述語句可簡化為為

for(auto iter0=vt1.begin(); iter0!=vt1.end(); iter0++)
{cout<<*iter0;}

不過vector重載了[]運算符，也可以用

for(unsinged int i=0; i<vt1.size(); i++)
{cout<<vt1[i];}

在下小節中，將根據STL提供算法，用於更方便的遍歷和處理vector。 （3）用於vector的算法(常見算法) 　　STL提供大量的算法用於容器的操作，這裡主要以常用的for_each(遍歷), sort(排序), random_shuffle(隨機排列)三種算法來簡單演示STL算法的應用,使用算法要包含頭文件#include <algorithm>。 　　for_each 遍歷容器，將被指向的函數應用於容器區間的每個元素。

void ShowInt(int &s)
{
   cout<<s<<" ";
}
for_each(v1.begin(), v1.end(), ShowInt);
 //C++11支持lambada表達式，可以寫成一句話：
for_each(v1.begin(), v1.end(), [](int &s){
        cout<<s<<" ";
});

　　sort 容器內對象元素按照指定的規則進行排序，默認按照從小到大排列(不包含比較函數)，當然也可以自定義比較函數

bool CompareInt(int &t1, int &t2)
{
    if(t1<t2)
      return true;
    return false;
}
sort(v1.begin(), v1.end(), CompareInt); 
sort(v1.begin(), v1.end());
//C++11 lambada
sort(v1.begin(), v1.end(), [](int &t1, int &t2}->bool{
        if(t1<t2)
             return true;
        return false;
});

　　lower_bound 返回不小於元素值的第一個迭代器(相等或者大於)，值可被插入的第一個位置 　　upper_bound 返回不破壞排序的情況下，值可被插入的最後一個位置

auto iter0 = lower_bound(v1.begin(), v1.end(), 34);
cout<<*iter0<<endl;          
iter0 = upper_bound(v1.begin(), v1.end(), 34);
cout<<*iter0<<endl;  

　　random_shuffle 隨機排列容器內元素，其中第三個變量為提供的自定義隨機函數。

random_shuffle(v1.begin(), v1.end());
//C++11 lambada
random_shuffle(v1.begin, v1.end(), [](const unsigned int n)->unsigned int{
        return rand()%n;
});

(4) vector用於自定義數據類型 　　vector容器方便了對於數據的排序，插入，刪除及遍歷操作處理。結合運算符重載，類模板相關定義，將用戶自定義數據類型通過vector進行管理，屬於比較難以理解，但也是運用較多的部分。 　　因為C++11取消了關鍵字export，也不建議使用，因此類模板的聲明和實現，包括友元函數的實現都要聲明在同一個文件內。

/*****************************************
#device.h
#用戶自定義類模板
#命名空間 user
#用戶自定義類模板 device<T>
#構造函數重載
#一元、 二元運算符重載 
*******************************************/
#include <string>
#include <iostream>
 
using namespace std;
namespace user
{
    //自定義類模板
    template<class T>
    class device
    {
        public:
            //構造函數重載
            device(){}
            device(T a){id = a; name=" ";}
            device(string str){name = str; id=0;}
            device(string str, T a){name = str; id = a;}
            ~device(){};
            void show_info();
 
            //一元運算符重載
            device<T>& operator++(int);
 
            //二元運算符重載
            friend device<T>& operator+ <T>(device<T>&d, string &s);
            friend  bool operator< <T>(device<T> &d1, device<T> &d2);
            friend ostream& operator<< <T>(ostream &out, const device<T> &d);
        private:
            T        id;
            string    name;
    };
 
    template<class T>
    void device<T>::show_info(void)
    {
        cout<<"id:"<<id<<" ";
        cout<<"name:"<<name<<endl;
    }
 
    template<class T>
    ostream& operator<<(ostream &out, const device<T> &d)
    {
        out<<"id:"<<d.id<<" name:"<<d.name<<"\n";
        return out;
    }
 
    template<class T>
    bool operator<(device<T> &d1, device<T> &d2)
    {
        if(d1.id < d2.id)
            return true;
        else if(d1.id == d2.id && d1.name<d2.name)
            return true;
        else
            return false;
    }
 
    template<class T>
    device<T>& device<T>::operator++(int)
    {
        this->id++;
        return *this;
    }
 
    template<class T>
    device<T>& operator+(device<T> &d, string &s)
    {
        d.name  = s + d.name;
        return d;
    }
} 

 vectorDemo.cpp主要涉及智能指針，用戶自定義類型及STL vector容器及算法的相應應用。

/*****************************************
#VectorDemo.cpp
#vector容器方法
#迭代器
#STL算法
#lambada表達式
#智能指針
*******************************************/
#include "VectorDemo.h"
#include <vector>
#include <iostream>
#include <algorithm>
#include <memory>
#include "device.h"
#include <string>
 
using namespace std;
using namespace user;

//函數模板
template<class T>
void ShowDevice(shared_ptr<device<T>> &s)
{
    cout<<*s;
}
 
template<class T>
void show_genericity_demo(vector<shared_ptr<device<T>>> &d)
{
    //<<** 三次重載，第一次取智能指針，第二次取對象, 第三次輸出
    for(auto iter=d.begin(); iter!=d.end(); iter++)
    {
        cout<<**iter; //(*iter)->show_info();
    }
    cout<<endl;
}
 
template<class T>
bool genericity_compare(shared_ptr<device<T>> &d1, shared_ptr<device<T>> &d2)
{
    //重載運算符< 比較
    if((*d1) < (*d2))
        return true;
    else
        return false;
}
 
//復雜容器vector模板，涉及智能指針和用戶自定義類型
int genericity_vector_Demo(void)
{
    shared_ptr<device<int>> spd[5] = {
        shared_ptr<device<int>>(new device<int>("TV", rand()%100)),
        shared_ptr<device<int>>(new device<int>("Phone", rand()%100)),
        shared_ptr<device<int>>(new device<int>("Computer", rand()%100)),
        shared_ptr<device<int>>(new device<int>("light", rand()%100)),
        shared_ptr<device<int>>(new device<int>("pot", rand()%100)),
    };
    
    //vector容器創建和初始化，對象為device對應的智能指針
    vector<shared_ptr<device<int>>> vspd(spd, spd+5);
    
    //遍歷顯示vector中的所有對象，傳入為shared_ptr指針，因此*號，在通過<< 運算符重載
    for_each(vspd.begin(), vspd.end(), ShowDevice<int>);
    cout<<endl;
 
    //排序 lambada表達式
     sort(vspd.begin(), vspd.end(), [](shared_ptr<device<int>> &t1, shared_ptr<device<int>> &t2)->bool{
            if((*t1)<(*t2))
                return true;
            return false;
        });
 
    //亂序排列容器內對象
    random_shuffle(vspd.begin(), vspd.end());
    show_genericity_demo<int>(vspd);
 
    cout<<*vspd.front()<<endl;
    cout<<*vspd.back()<<endl;
 
    vspd.push_back(shared_ptr<device<int>>(new device<int>("icebox", rand()%100)));
    vspd.push_back(shared_ptr<device<int>>(new device<int>("PlayStation", rand()%100)));
    
    //排序，因為容器元素為智能指針，不支持省略比較函數方法
    sort(vspd.begin(), vspd.end(), genericity_compare<int>);
    show_genericity_demo<int>(vspd);
 
    vspd.pop_back();
    show_genericity_demo<int>(vspd);
 
    //遍歷 +， ++運算符重載，實現對容器內對象元素修改.
    for_each(vspd.begin(), vspd.end(), [](shared_ptr<device<int>> &s){
        (*s) = (*s) + string("famlily ");
        (*s)++;
    });
    show_genericity_demo<int>(vspd);
 
    return 0;
}

　　相關代碼：容器范例下載

　　參考書籍：

　　1. C++ Primer Plus

       2. STL源碼剖析