【转】C++容器类

C++容器类

C++中的容器类包括“顺序存储结构”和“关联存储结构”，前者包括vector，list，deque等；后者包括set，map，multiset，multimap等。

若需要存储的元素数在编译器间就可以确定，可以使用数组来存储，否则，就需要用到容器类了。

1、vector
连续存储结构，每个元素是在内存上是连续的；
支持高效的随机访问和在尾端插入/删除操作，但其他位置的插入/删除操作效率低下；
2、deque
连续存储结构，即其每个元素在内存上也是连续的，类似于vector，不同之处在于，deque提供了两级数组结构，第一级完全类似于vector，代表实际容器；另一级维护容器的首位地址。
这样，deque除了具有vector的所有功能外，还支持高效的首端插入/删除操作。
3、list
非连续存储结构，具有双链表结构，每个元素维护一对前向和后向指针，因此支持前向/后向遍历。
支持高效的随机插入/删除操作，但随机访问效率低下，且由于需要额外维护指针，开销也比较大。

4、vector V.S. list V.S. deque：
a、若需要随机访问操作，则选择vector；
b、若已经知道需要存储元素的数目，
则选择vector；
c、若需要随机插入/删除（不仅仅在两端），则选择list
d、只有需要在首端进行插入/删除操作的时候，才选择deque，否则都选择vector。
e、若既需要随机插入/删除，又需要随机访问，则需要在vector与list间做个折中。
f、当要存储的是大型负责类对象时，list要优于vector；当然这时候也可以用vector来存储指向对象的指针，同样会取得较高的效率，但是指针的维护非常容易出错，因此不推荐使用。

5、capacity V.S size
a、capacity是容器需要增长之前，能够盛的元素总数；只有连续存储的容器才有capacity的概念（例如vector，deque，string），list不需要capacity。
b、size是容器当前存储的元素的数目。
c、vector默认的容量初始值，以及增长规则是依赖于编译器的。

6、用vector存储自定义类对象时，自定义类对象须满足：
a、有可供调用的无参构造函数（默认的或自定义的）；
b、有可用的拷贝赋值函数（默认的或自定义的）

7、迭代器iterator
a、vector与deque的迭代器支持算术运算，list的迭代器只能进行++/--操作，不支持普通的算术运算。

以下为整个列表概述：

标准容器类	说明
顺序性容器
vector	从后面快速的插入与删除，直接访问任何元素
deque	从前面或后面快速的插入与删除，直接访问任何元素
list	双链表，从任何地方快速插入与删除
关联容器
set	快速查找，不允许重复值
multiset	快速查找，允许重复值
map	一对多映射，基于关键字快速查找，不允许重复值
multimap	一对多映射，基于关键字快速查找，允许重复值
容器适配器
stack	后进先出
queue	先进先出
priority_queue	最高优先级元素总是第一个出列

所有标准库共有函数

默认构造函数	提供容器默认初始化的构造函数。
复制构造函数	将容器初始化为现有同类容器副本的构造函数
析构函数	不再需要容器时进行内存整理的析构函数
empty	容器中没有元素时返回true,否则返回false
max_size	返回容器中最大元素个数
size	返回容器中当前元素个数
operator=	将一个容器赋给另一个容器
operator<	如果第一个容器小于第二个容器，返回true，否则返回false，
operator<=	如果第一个容器小于或等于第二个容器，返回true，否则返回false
operator>	如果第一个容器大于第二个容器，返回true，否则返回false
operator>=	如果第一个容器大于或等于第二个容器，返回true，否则返回false
operator==	如果第一个容器等于第二个容器，返回true，否则返回false
operator!=	如果第一个容器不等于第二个容器，返回true，否则返回false
swap	交换两个容器的元素

其中operator>,operator>=,operator<,operator<=,operator==,operator!=均不适用于priority_queue

顺序容器和关联容器共有函数

begin	该函数两个版本返回iterator或const_iterator，引用容器第一个元素
end	该函数两个版本返回iterator或const_iterator,引用容器最后一个元素后面一位
rbegin	该函数两个版本返回reverse_iterator或const_reverse_iterator,引用容器最后一个元素
rend	该函数两个版本返回reverse_iterator或const_reverse_iterator，引用容器第一个元素前面一位
erase	从容器中清除一个或几个元素
clear	清除容器中所有元素

下表显示了顺序容器和关联容器中常用的typedef，这些typedef常用于变量、参数和函数返回值的一般性声明。

value_type	容器中存放元素的类型
reference	容器中存放元素类型的引用
const_reference	容器中存放元素类型的常量引用，这种引用只能读取容器中的元素和进行const操作
pointer	容器中存放元素类型的指针
iterator	指向容器中存放元素类型的迭代器
const_iterator	指向容器中存放元素类型的常量迭代器，只能读取容器中的元素
reverse_iterator	指向容器中存放元素类型的逆向迭代器，这种迭代器在容器中逆向迭代
const_reverse_iterator	指向容器中存放元素类型的逆向迭代器，只能读取容器中的元素
difference_type	引用相同容器的两个迭代器相减结果的类型（list和关联容器没有定义operator-）
size_type	用于计算容器中项目数和检索顺序容器的类型（不能对list检索）

序列类容器

vector

向量
相当于一个数组
在内存中分配一块连续的内存空间进行存储。支持不指定vector大小的存储。STL内部实现时，首先分配一个非常大的内存空间预备进行存储，即capacituy（）函数返回的大小，当超过此分配的空间时再整体重新放分配一块内存存储，这给人以vector可以不指定vector即一个连续内存的大小的感觉。通常此默认的内存分配能完成大部分情况下的存储。
优点：(1) 不指定一块内存大小的数组的连续存储，即可以像数组一样操作，但可以对此数组
进行动态操作。通常体现在push_back()
pop_back()
(2)
随机访问方便，即支持[ ]操作符和vector.at()
(3)
节省空间。
缺点：(1) 在内部进行插入删除操作效率低。
(2)
只能在vector的最后进行push和pop，不能在vector的头进行push和pop。
(3)
当动态添加的数据超过vector默认分配的大小时要进行整体的重新分配、拷贝与释
放

2 list
双向链表
每一个结点都包括一个信息快Info、一个前驱指针Pre、一个后驱指针Post。可以不分配必须的内存大小方便的进行添加和删除操作。使用的是非连续的内存空间进行存储。
优点：(1) 不使用连续内存完成动态操作。
(2)
在内部方便的进行插入和删除操作
(3)
可在两端进行push、pop
缺点：(1) 不能进行内部的随机访问，即不支持[ ]操作符和vector.at()
(2)
相对于verctor占用内存多

3 deque
双端队列
double-end
queue
deque是在功能上合并了vector和list。
优点：(1) 随机访问方便，即支持[ ]操作符和vector.at()
(2)
在内部方便的进行插入和删除操作
(3)
可在两端进行push、pop
缺点：(1) 占用内存多

使用区别：
1 如果你需要高效的随即存取，而不在乎插入和删除的效率，使用vector
2 如果你需要大量的插入和删除，而不关心随即存取，则应使用list
3 如果你需要随即存取，而且关心两端数据的插入和删除，则应使用deque

Qt容器类

Sequentail Containers
QVector<T> array-like data
structure(在尾部插入数据时效率很高，而在中间和头部插入数据时开销很大)。
QVector提供了[]运算符
QVector可以用<<运算符代替append()函数。
QVector中的基本类型及指针被初始化为0。

QLinkedList<T>
QLinkedList不提供[]运算符，所以必须通过迭代器来对其进行遍历。

QList<T>
array-list:综合了QVector<T>和QLinkedList<T>最重要的优点：
支持[]运算符
在头部或尾部的插入/删除操作很迅速，而尺寸在1000以下时，在中间的插入/删除操作也很迅速。
通常情况下，QList是最合适的通用型容器。
QStringList: QList<QString>的子类，在Qt中的API中被广泛使用

QStack<T> 和QQueue<T>是Qt提供的两个convenience subclasses，QStack<T>实际上是一个额外提供了push()，pop()top()接口的QVector，而
QQueue<T>实际是一个额外提供了enqueue()和dequeue()和head()的QList。
容器中可以放置的类必须拥有default constructor、copy constructor 和
assignment operator(显式定义或由编译器生成)
注意，派生自QObject的类不符合上述要求，因为其不具备copy constructor和assignment operator；解决方法是在容器中存储对象指针而不是对象本身。
容器中所存放的元素本身也可以是容器，即可以嵌套——不过需要注意将连续的尖括号用空格分隔开，以免编译器误认为>>运算符。

Iterator
Qt支持两种风格的迭代器——Java-style和STL-style
Java-style的迭代器更容易使用，而STL-style的迭代器可以同Qt和STL中的算法联合使用，更为强大。
Java-style Iterator
每个sequential容器类，都有两个Java-style的迭代器类型：只读迭代器和读写迭代器。
在使用Java-style的迭代器时，要清楚的第一件事情就是：迭代器并不直接指向容器中的元素，而是指向元素之前或之后的位置。迭代器被初始化时指向容器中第一个元素之前；若迭代器的右侧有元素存在，hasNext()函数返回true；next()函数返回位于迭代器右侧的元素，并将迭代器向右方移动一个元素的位置；hasPrevious()和previous()函数执行反方向的操作。
remove()函数总是删除最近一次被跳过的那个元素。
setValue()函数总是对最近一次被跳过的那个元素执行更新操作
insert()函数在迭代器当前指向的位置处插入新元素，并将迭代器指向新元素及其后续元素之间的位置。

STL-style
Iterator
每个sequential容器类，都有两个STL-style的迭代器类型：Container<T>::iterator和Container<T>::const_iterator。
容器的begin()函数返回一个指向容器中头部元素的iterator，而end()返回指向容器中尾部元素之后位置的iterator；
在容器为空时，begin()和end()的结果相同。
通常通过调用isEmpty()来检查容器是否为空，而不是通过比较begin()和end()的结果。
可以对STL-style的iterator使用+、-、*这三个运算符，类似于指针的用法。
某些Qt函数的返回值是容器类；如果需要使用STL-style的迭代器来对这样的返回值进行遍历，必须保存返回值的一个副本，并在副本上完成遍历，否则会可能会导致所谓的"dangling iterator"。
注意，若使用java-style的只读迭代器，在这种情况下会隐式的完成复制的工作，保证迭代器总是在副本上进行遍历操作。
implicit sharing(copy on
write)
Qt中的implicit sharing机制的美妙之处在于它鼓励程序员在返回对象时采用传值这种简明的方式而不是引用或指针。
STL与此相反，鼓励程序员使用non-const引用来传递vector以避免将函数返回值的复制开销。
Qt中所有的容器都采用了implicit sharing机制；此外很多其他类QByteArray，QBrush，QFont，QImage，QString也采用了该机制——这保证这些类在以传值方式进行传递时有很高的效率，无论是作为参数还是函数返回值。
在Qt提供的implicit sharing机制下，对vector或list执行只读操作时，采用at()而不是[]运算符是一个更好的选择。
类似的，尽可能的使用constBegin()和constEnd()以避免不必要的拷贝操作。
foreach syntax
foreach在进入循环体时自动复制容器的副本并在此副本上进行迭代，因此如果迭代过程中有通过迭代器对容器的修改操作的话，并不会影响循环的进行，循环结束后容器的内容也不会发生变化。
当然，如果在foreach循环中直接使用[]运算符对容器进行写操作的话，容器内容自然会发生变化。
foreach中支持break和continue语句
Associative Containers

QMap
QMap中的key-value对是升序排列的
插入和删除操作中都可以使用[]运算符，其下标为key；为避免创建不必要的空值，推荐用vlaue()而不是[]从QMap中取值。
QMap<K，T>中的K和T除了要求具备默认构造函数、拷贝构造函数和赋值运算符外，K还必须支持operator <，因为这样才能实现前面提到的升序排列。
keys() & values()
QMap的特性是单值；QMultiMap<K，T>则支持同一关键字下多值的存在，插入操作由insertMulti()完成

QHash
QHash提供的接口和QMap很相似
QHash<K，T>中的K要符合的额外要求：支持operator ==，并且K可用全局函数qHash()来计算hash value
QHash通常是单值的，而QMultiHash则通过insertMulti()支持多值插入。
QCache<K，T> & QSet<K>
遍历associative containr的最简单方法是使用Java-style的迭代器
foreach syntax也可用于assocaitive container

Generic
Algorithms
头文件<QAlgorithms>中声明了一组全局模板函数，用于实现作用于容器的基本算法；多数算法都通过STL-style的迭代器来完成。
STL头文件<algorithm>中的函数，即可作用于Qt容器，也可作用于STL容器。
qFind()，qBinaryFind()，qFill()，qCopy()，qSort()，qStableSorg()，qDeleteAll()，qSwap()
需要注意的是，qDeleteAll()只对包含指针的容器有意义，该函数将释放所有对象，但并不删除容器中的指针。
Strings，Byte Arrays，and Variants
QString，QByteArray和QVariant这三个类和容器类有很多相似之处，在某些场合下可作为容器类的替代品；和容器类一样，这三个类也应用了implicit sharing 机制

QString
QString中存放的是16-bit的Unicold值。
从概念上，QString可以看成是QVector<QChar>。
QString提供+/+=运算符以及append()函数用于合并字符串
QString提供的sprintf()函数，与C++标准库中的sprintf支持相同的参数格式。
QString提供的arg()函数，是比sprintf()更好的选择，因为它保证类型安全，支持unicode。
QString::number():
number->string
QString::setNum(): number->string
反向的转换接口：toInt()，toLongLong()，toDouble()等，这些函数都有一个可选参数——bool类型的指针，若转换失败则将该bool变量置为true，否则置false.
mid()函数返回指定区间内的子串；left()和right()函数则分别返回左子串和右子串
QString的indexOf()函数可用于文本匹配，返回所匹配子串的起始下标；匹配失败时返回值为-1。
startsWith()和endsWith()函数可用于判断字符串的首部和尾部是否符合某种模式。
QString在进行比较时是大小写敏感的；当所比较的字符串是用户可见时，使用localeAwareCompare()通常是正确的选择。
toLower() & toUpper()
replace() &
remove() & insert()
trimmed() & simplified()——这两个函数用于消去字符串中的whitesapce(spaces，tabs，newlines等)
QString::split()将一个字符串分割为子串，并返回由这些子串们组成的一个QStringList。
QStringList中的所有元素可以通过join()函数组成一个新的字符串，join()的参数在合并时会被插入相邻元素中间。
在大多数情况下，由const char * 至QString的转换是自动的。
反方向的转换，可通过toAscii()或toLatin1()来完成；这些函数返回一个QByteArray，其可以通过QByteArray::data或QByteArray::constData()来转换为const char * ；
为了简化转换，Qt提供了一个qPrintable()宏用于完成与toAscii()以及constData()相同的操作。

QByteArray
QByteArray提供的API与QString的很相似。
QByteArray的用处在于存储原始2进制数据及8-bit编码的字符串。

通常选择QString而不是QByteArray来存储文本信息，因为QString支持Unicode。
QByteArray会自动在最后一个元素之后补上‘\0'，这样使得将QByteArray传递给需要const char *的函数变得很容易。
QByteArray支持'\0'，允许存储任意的2进制数据。

QVariant
QVariant类可用于存放很多Qt类型的值，并且还可以存放容器。
QVariant在
item view class，database model 和QSetting中被广泛的使用着。
利用QVariant和嵌套，可以创建非常复杂的数据结构。
QVariant的便利性是以性能和代码的可读性为代价的。
QVariant被Qt的meta-object system所使用，因此是Qtcore module的组成部分。
QVariant也可以支持用户自定义的数据类型，前提是该类型具有defalut constructor和copy constructor。要实现对用户自定义类型的支持，需要使用宏Q_DECLARE来注册该类型。
全局函数:qVariantFromValue()，qVariantValue<T>()，qVariantCanConvert<T>()