C++ STL vector容器学习

　　STL(Standard Template Library)标准模板库是C++最重要的组成部分，它提供了一组表示容器、迭代器、函数对象和算法的模板。其中容器是存储类型相同的数据的结构(如vector，list， deque， set， map等)，算法完成特定任务，迭代器用来遍历容器对象，扮演容器和算法之间的胶合剂。   

模板类vector

　　在计算中，矢量(vector)对应数组，它的数据安排以及操作方式，与array非常类似。在C++中,使用vector模板类时，需要头文件包含#include<vector>，并声明使用using std::vector或者using namespace std;

(1)vector初始化

要创建vector模板对象，可使用<type>表示法来指出所使用的类型,vector通过类函数重载，支持多种初始化方式。

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

如果编译器支持C++11, 可以采用列表初始化,结果相同。

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

(2)vector方法

C++ STL除了分配空间外，还提供了一些基本方法，下面将详细讲解这些方法。

assign 分配指定区间的数据给容器

v2.assign(v1.end()-v1.size()/2, v1.end());
v2.assign(a, a+2);

push_back 向容器的末尾添加元素，容器内元素个数加1

pop_back 删除容器尾端元素，容器内元素个数减1.

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

size 容器内当前元素个数

capacity 容器当前容量

empty 判断容器是否为空

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

resize 修改当前容器内元素个数，大于当前数则插入相应数据，小于则删除末尾相应区间。

reserve 修改当前容器容量，大于当前容量则申请相应空间，小于则不处理。

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

insert 在容器指定区间插入一个或者多个元素

earse 删除容器内一个或者指定区间内所有元素

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 返回容器的第一个元素

back  返回容器的最后一个元素

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

clear 清空容器内元素，仅修改size，不影响容器容量

swap  交换两容器内内容，用于容量收缩

 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

基于迭代器，就可以简单的实现vector的遍历。

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

当然，C++11提供了类型推导，上述语句可简化为为

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

不过vector重载了[]运算符，也可以用

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

在下小节中，将根据STL提供算法，用于更方便的遍历和处理vector。

（3）用于vector的算法(常见算法)

　　STL提供大量的算法用于容器的操作，这里主要以常用的for_each(遍历), sort(排序), random_shuffle(随机排列)三种算法来简单演示STL算法的应用,使用算法要包含头文件#include <algorithm>。

　　for_each 遍历容器，将被指向的函数应用于容器区间的每个元素。

void ShowInt(int &s)
{
   cout<<s<<" ";
}
for_each(v1.begin(), v1.end(), ShowInt);
 //C++11支持lambada表达式，可以写成一句话：
for_each(v1.begin(), v1.end(), [](int &s){
        cout<<s<<" ";
});

　　sort 容器内对象元素按照指定的规则进行排序，默认按照从小到大排列(不包含比较函数)，当然也可以自定义比较函数

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 返回不小于元素值的第一个迭代器(相等或者大于)，值可被插入的第一个位置

　　upper_bound 返回不破坏排序的情况下，值可被插入的最后一个位置

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 随机排列容器内元素，其中第三个变量为提供的自定义随机函数。

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用于自定义数据类型

　　vector容器方便了对于数据的排序，插入，删除及遍历操作处理。结合运算符重载，类模板相关定义，将用户自定义数据类型通过vector进行管理，属于比较难以理解，但也是运用较多的部分。

　　因为C++11取消了关键字export，也不建议使用，因此类模板的声明和实现，包括友元函数的实现都要声明在同一个文件内。

/*****************************************
#device.h
#用户自定义类模板
#命名空间 user
#用户自定义类模板 device<T>
#构造函数重载
#一元、 二元运算符重载 
*******************************************/
#include <string>
#include <iostream>
 
using namespace std;
namespace user
{
    //自定义类模板
    template<class T>
    class device
    {
        public:
            //构造函数重载
            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();
 
            //一元运算符重载
            device<T>& operator++(int);
 
            //二元运算符重载
            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<<"
";
        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主要涉及智能指针，用户自定义类型及STL vector容器及算法的相应应用。

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

//函数模板
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)
{
    //<<** 三次重载，第一次取智能指针，第二次取对象, 第三次输出
    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)
{
    //重载运算符< 比较
    if((*d1) < (*d2))
        return true;
    else
        return false;
}
 
//复杂容器vector模板，涉及智能指针和用户自定义类型
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容器创建和初始化，对象为device对应的智能指针
    vector<shared_ptr<device<int>>> vspd(spd, spd+5);
    
    //遍历显示vector中的所有对象，传入为shared_ptr指针，因此*号，在通过<< 运算符重载
    for_each(vspd.begin(), vspd.end(), ShowDevice<int>);
    cout<<endl;
 
    //排序 lambada表达式
     sort(vspd.begin(), vspd.end(), [](shared_ptr<device<int>> &t1, shared_ptr<device<int>> &t2)->bool{
            if((*t1)<(*t2))
                return true;
            return false;
        });
 
    //乱序排列容器内对象
    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，因为容器元素为智能指针，不支持省略比较函数方法
    sort(vspd.begin(), vspd.end(), genericity_compare<int>);
    show_genericity_demo<int>(vspd);
 
    vspd.pop_back();
    show_genericity_demo<int>(vspd);
 
    //遍历 +， ++运算符重载，实现对容器内对象元素修改.
    for_each(vspd.begin(), vspd.end(), [](shared_ptr<device<int>> &s){
        (*s) = (*s) + string("famlily ");
        (*s)++;
    });
    show_genericity_demo<int>(vspd);
 
    return 0;
}　　

　　相关代码：容器范例下载

　　参考书籍：

　　1. C++ Primer Plus

       2. STL源码剖析