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【C/C++开发】容器set和multiset，C++11对vector成员函数的扩展(cbegin()、cend()、crbegin()、crend()、emplace()、data())

原创
Yuru96
其他
05/13 14:22
阅读数 23906
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一、set和multiset基础

set和multiset会根据特定的排序准则，自动将元素进行排序。不同的是后者允许元素重复而前者不允许。


需要包含头文件：

#include <set>

set和multiset都是定义在std空间里的类模板：

[cpp] view plain copy
 print?
  1. template<class _Kty,  
  2.     class _Pr = less<_Kty>,  
  3.     class _Alloc = allocator<_Kty> >  
  4. class set  
[cpp] view plain copy
 print?
  1. template<class _Kty,  
  2.     class _Pr = less<_Kty>,  
  3.     class _Alloc = allocator<_Kty> >  
  4. class multiset  

只要是可复赋值、可拷贝、可以根据某个排序准则进行比较的型别都可以成为它们的元素。第二个参数用来定义排序准则。缺省准则less是一个仿函数，以operator<对元素进行比较。

所谓排序准则，必须定义strict weak ordering，其意义如下：

1、必须使反对称的。

对operator<而言，如果x<y为真，则y<x为假。

2、必须使可传递的。

对operator<而言，如果x<y为真，且y<z为真，则x<z为真。

3、必须是非自反的。

对operator<而言，x<x永远为假。

因为上面的这些特性，排序准则可以用于相等性检验，就是说，如果两个元素都不小于对方，则它们相等。


二、set和multiset的功能

和所有关联式容器类似，通常使用平衡二叉树完成。事实上，set和multiset通常以红黑树实作而成。

自动排序的优点是使得搜寻元素时具有良好的性能，具有对数时间复杂度。但是造成的一个缺点就是：

不能直接改变元素值。因为这样会打乱原有的顺序。

改变元素值的方法是：先删除旧元素，再插入新元素。

存取元素只能通过迭代器，从迭代器的角度看，元素值是常数。


三、操作函数

构造函数和析构函数

set的形式可以是：


有两种方式可以定义排序准则：

1、以template参数定义：

[cpp] view plain copy
 print?
  1. set<int,greater<int>> col1;  
此时，排序准则就是型别的一部分。型别系统确保只有排序准则相同的容器才能被合并。

程序实例：

[cpp] view plain copy
 print?
  1. #include <iostream>  
  2. #include <set>  
  3. using namespace std;  
  4.   
  5. int main()  
  6. {  
  7.     set<int> s1;  
  8.     set<int,greater<int> > s2;  
  9.   
  10.     for (int i = 1;i < 6;++i)  
  11.     {  
  12.         s1.insert(i);  
  13.         s2.insert(i);  
  14.     }  
  15.     if(s1 == s2)  
  16.         cout << "c1 equals c2 !" << endl;  
  17.     else  
  18.         cout << "c1 not equals c2 !" << endl;  
  19. }  
程序运行会报错。但是如果把s1的排序准则也指定为greater<int>便运行成功。

2、以构造函数参数定义。

这种情况下，同一个型别可以运用不同的排序准则，而排序准则的初始值或状态也可以不同。如果执行期才获得排序准则，而且需要用到不同的排序准则，这种方式可以派上用场。

程序实例：

[cpp] view plain copy
 print?
  1. #include <iostream>  
  2. #include "print.hpp"  
  3. #include <set>  
  4. using namespace std;  
  5.   
  6. template <class T>  
  7. class RuntimeCmp{  
  8. public:  
  9.     enum cmp_mode{normal,reverse};  
  10. private:  
  11.     cmp_mode mode;  
  12. public:  
  13.     RuntimeCmp(cmp_mode m = normal):mode(m){}  
  14.   
  15.     bool operator()(const T &t1,const T &t2)  
  16.     {  
  17.         return mode == normal ? t1 < t2 : t2 < t1;  
  18.     }  
  19.   
  20.     bool operator==(const RuntimeCmp &rc)  
  21.     {  
  22.         return mode == rc.mode;  
  23.     }  
  24. };  
  25.   
  26. typedef set<int,RuntimeCmp<int> > IntSet;  
  27.   
  28. void fill(IntSet& set);  
  29.   
  30. int main()  
  31. {  
  32.     IntSet set1;  
  33.     fill(set1);  
  34.     PRINT_ELEMENTS(set1,"set1:");  
  35.   
  36.     RuntimeCmp<int> reverse_order(RuntimeCmp<int>::reverse);  
  37.   
  38.     IntSet set2(reverse_order);  
  39.     fill(set2);  
  40.     PRINT_ELEMENTS(set2,"set2:");  
  41.   
  42.     set1 = set2;//assignment:OK  
  43.     set1.insert(3);  
  44.     PRINT_ELEMENTS(set1,"set1:");  
  45.   
  46.     if(set1.value_comp() == set2.value_comp())//value_comp <span style="font-family: verdana, arial, helvetica, sans-serif; ">Returns the comparison object associated with the container</span>  
  47.         cout << "set1 and set2 have the same sorting criterion" << endl;  
  48.     else  
  49.         cout << "set1 and set2 have the different sorting criterion" << endl;  
  50. }  
  51.   
  52. void fill(IntSet &set)  
  53. {  
  54.     set.insert(4);  
  55.     set.insert(7);  
  56.     set.insert(5);  
  57.     set.insert(1);  
  58.     set.insert(6);  
  59.     set.insert(2);  
  60.     set.insert(5);  
  61. }  
运行结果：


虽然set1和set2的而比较准则本身不同，但是型别相同，所以可以进行赋值操作。


非变动性操作

注意：元素比较操作只能用于型别相同的容器。

特殊的搜寻函数

赋值

赋值操作两端的容器必须具有相同的型别，但是比较准则本身可以不同，但是其型别必须相同。如果比较准则的不同，准则本身也会被赋值或交换。


迭代器相关函数


元素的插入和删除

注意：插入函数的返回值不完全相同。

set提供的插入函数：

[cpp] view plain copy
 print?
  1. pair<iterator,bool> insert(const value_type& elem);   
  2. iterator  insert(iterator pos_hint, const value_type& elem);   
multiset提供的插入函数：

[cpp] view plain copy
 print?
  1. iterator  insert(const value_type& elem);   
  2. iterator  insert(iterator pos_hint, const value_type& elem);  
返回值型别不同的原因是set不允许元素重复，而multiset允许。当插入的元素在set中已经包含有同样值的元素时，插入就会失败。所以set的返回值型别是由pair组织起来的两个值：

第一个元素返回新元素的位置，或返回现存的同值元素的位置。第二个元素表示插入是否成功。

set的第二个insert函数，如果插入失败，就只返回重复元素的位置！

但是，所有拥有位置提示参数的插入函数的返回值型别是相同的。这样就确保了至少有了一个通用型的插入函数，在各种容器中有共通接口。


注意：还有一个返回值不同的情况是：作用于序列式容器和关联式容器的erase()函数：

序列式容器的erase()函数：

[cpp] view plain copy
 print?
  1. iterator erase(iterator pos);   
  2. iterator erase(iterator beg, iterator end);  
关联式容器的erase()函数：

[cpp] view plain copy
 print?
  1. void     erase(iterator pos);   
  2. void     erase(iterator beg, iterator end);   
这完全是为了性能的考虑。因为关联式容器都是由二叉树实现，搜寻某元素并返回后继元素可能很费时。

五、set应用示例：

[cpp] view plain copy
 print?
  1. #include <iostream>  
  2. #include <set>  
  3. using namespace std;  
  4.   
  5. int main()  
  6. {  
  7.     typedef set<int,greater<int> > IntSet;  
  8.     IntSet s1;  
  9.   
  10.     s1.insert(4);  
  11.     s1.insert(3);  
  12.     s1.insert(5);  
  13.     s1.insert(1);  
  14.     s1.insert(6);  
  15.     s1.insert(2);  
  16.     s1.insert(5);  
  17.     //the inserted element that has the same value with a element existed is emitted  
  18.   
  19.     copy(s1.begin(),s1.end(),ostream_iterator<int>(cout," "));  
  20.     cout << endl << endl;  
  21.   
  22.     pair<IntSet::iterator,bool> status = s1.insert(4);  
  23.     if(status.second)  
  24.         cout << "4 is inserted as element "  
  25.         << distance(s1.begin(),status.first) + 1 << endl;  
  26.     else  
  27.         cout << "4 already exists in s1" << endl;  
  28.     copy(s1.begin(),s1.end(),ostream_iterator<int>(cout," "));  
  29.     cout << endl << endl;  
  30.   
  31.     set<int>  s2(s1.begin(),s1.end());//default sort criterion is less<  
  32.     copy(s2.begin(),s2.end(),ostream_iterator<int>(cout," "));  
  33.     cout << endl << endl;  
  34. }  

上述程序最后新产生一个set：s2，默认排序准则是less。以s1的元素作为初值。

注意：s1和s2有不同的排序准则，所以他们的型别不同，不能直接进行相互赋值或比较。

运行结果：

Defined in header <iterator>
    
  (1)  
template< class C > 
auto rbegin( C& c ) -> decltype(c.rbegin());		 (since C++14) 
(until C++17)
template< class C > 
constexpr auto rbegin( C& c ) -> decltype(c.rbegin());		 (since C++17)
  (1)  
template< class C > 
auto rbegin( const C& c ) -> decltype(c.rbegin());		 (since C++14) 
(until C++17)
template< class C > 
constexpr auto rbegin( const C& c ) -> decltype(c.rbegin());		 (since C++17)
  (2)  
template< class T, size_t N > 
reverse_iterator<T*> rbegin( T (&array)[N] );		 (since C++14) 
(until C++17)
template< class T, size_t N > 
constexpr reverse_iterator<T*> rbegin( T (&array)[N] );		 (since C++17)
  (3)  
template< class C > 
auto crbegin( const C& c ) -> decltype(std::rbegin(c));		 (since C++14) 
(until C++17)
template< class C > 
constexpr auto crbegin( const C& c ) -> decltype(std::rbegin(c));		 (since C++17)
     

Returns an iterator to the reverse-beginning of the given container c or array array.

1) Returns a possibly const-qualified iterator to the reverse-beginning of the container c.
2) Returns std::reverse_iterator<T*> to the reverse-beginning of the array array.
3) Returns a const-qualified iterator to the reverse-beginning of the container c.

range-rbegin-rend.svg

Parameters

c - a container with a rbegin method
array - an array of arbitrary type

Return value

An iterator to the reverse-beginning of c or array

Notes

In addition to being included in <iterator>, std::rbegin and std::crbegin are guaranteed to become available if any of the following headers are included: <array>, <deque>, <forward_list>, <list>, <map>, <regex>, <set>, <string>, <string_view> (since C++17), <unordered_map>, <unordered_set>, and <vector>.

Overloads

Custom overloads of rbegin may be provided for classes that do not expose a suitable rbegin() member function, yet can be iterated. The following overload is already provided by the standard library:

(C++14)
 specializes std::rbegin 
(function)

Example

Run this code
#include <iostream>
#include <vector>
#include <iterator>
 
int main() 
{
    std::vector<int> v = { 3, 1, 4 };
    auto vi = std::rbegin(v);
    std::cout << *vi << '\n'; 
 

    int a[] = { -5, 10, 15 };
    auto ai = std::rbegin(a);
    std::cout << *ai << '\n';
}

Output:

4
15

所以这篇博客就是想罗列一下C++11对vector容器的扩充。

std::vector::cbegin和std::vector::cend
这两个方法是与std::vector::begin和std::vector::end相对应的，从字面就能看出来，多了一个’c’，顾名思义就是const的意思。
所以：
std::vector::cbegin： Returns a const_iterator pointing to the first element in the container.
std::vector::cend： Returns a const_iterator pointing to the past-the-end element in the container.

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<code class="hljs cpp">#include <iostream>
#include <vector>
 
int main ()
{
  std::vector<int> myvector = {10,20,30,40,50};
 
  std::cout << "myvector contains:";
 
  for (auto it = myvector.cbegin(); it != myvector.cend(); ++it)
    std::cout << ' ' << *it;
  std::cout << '\n';
 
  return 0;
}
Output:
myvector contains: 10 20 30 40 50</int></vector></iostream></code>

std::vector::crbegin和std::vector::crend
这两个方法就不解释了，与上面的相比就是多了个’r’， reverse的缩写，反转迭代器，代码就省略了。

std::vector::emplace
之前已经对emplace_back进行了讨论，其实还有一个方法叫emplace。
我想说的就是，emplace之于emplace_back就像insert之于push_back。
看英文描述就直观：

emplace：Construct and insert element
emplace_back：Construct and insert element at the end

如何使用：

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<code class="hljs cpp">#include <iostream>
#include <vector>
 
int main ()
{
  std::vector<int> myvector = {10,20,30};
 
  auto it = myvector.emplace ( myvector.begin()+1, 100 );
  myvector.emplace ( it, 200 );
  myvector.emplace ( myvector.end(), 300 );
 
  std::cout << "myvector contains:";
  for (auto& x: myvector)
    std::cout << ' ' << x;
  std::cout << '\n';
 
  return 0;
}
Output:
myvector contains: 10 200 100 20 30 300</int></vector></iostream></code>

std::vector::data
Returns a direct pointer to the memory array used internally by the vector to store its owned elements.

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<code class="hljs cpp">#include <iostream>
#include <vector>
 
int main ()
{
  std::vector<int> myvector (5);
  int* p = myvector.data();
  *p = 10;
  ++p;
  *p = 20;
  p[2] = 100;
  std::cout << "myvector contains:";
  for (unsigned i=0; i<myvector.size(); ++i)="" std::cout="" <<="" '="" myvector[i];="" '\n';="" return="" 0;="" }="" output:="" myvector="" contains:="" 10="" 20="" 0="" 100="" 0</int></vector></iostream></code>

std::vector::shrink_to_fit
Requests the container to reduce its capacity to fit its size.
就是减少空间

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<code class="hljs cpp"><code class="hljs cpp">#include <iostream>
#include <vector>
int main ()
{
  std::vector<int> myvector (100);
  std::cout << "1. capacity of myvector: " << myvector.capacity() << '\n';
  std::cout << "1. size of myvector: " << myvector.size() << '\n';
 
  myvector.resize(10);
  std::cout << "2. capacity of myvector: " << myvector.capacity() << '\n';
  std::cout << "2. size of myvector: " << myvector.size() << '\n';
 
  myvector.shrink_to_fit();
  std::cout << "3. capacity of myvector: " << myvector.capacity() << '\n';
 std::cout << "3. size of myvector: " << myvector.size() << '\n';
  return 0;
}
//输出
1. capacity of myvector: 100
1. size of myvector: 100
2. capacity of myvector: 100
2. size of myvector: 10
3. capacity of myvector: 10
3. size of myvector: 10</int></vector></iostream></code></code>

此时，就是要明白size和capacity的区别，也就会更加理解resize和reserve的区别了！



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