• 【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())

    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 << '
'; 
     

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

    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 << ' ';
     
      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 << ' ';
     
      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];="" ' ';="" 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() << ' ';
      std::cout << "1. size of myvector: " << myvector.size() << ' ';
     
      myvector.resize(10);
      std::cout << "2. capacity of myvector: " << myvector.capacity() << ' ';
      std::cout << "2. size of myvector: " << myvector.size() << ' ';
     
      myvector.shrink_to_fit();
      std::cout << "3. capacity of myvector: " << myvector.capacity() << ' ';
     std::cout << "3. size of myvector: " << myvector.size() << ' ';
      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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