STL-容器适配器详解

C++ STL容器适配器详解

容器适配器，其就是将不适用的序列式容器（包括 vector、deque 和 list）变得适用。容器适配器的底层实现和模板 A、B 的关系是完全相同的，即通过封装某个序列式容器，并重新组合该容器中包含的成员函数，使其满足某些特定场景的需要。

STL容器适配器的种类

STL 提供了 3 种容器适配器，分别为 stack 栈适配器、queue 队列适配器以及 priority_queue 优先权队列适配器

C++ stack（STL stack）容器适配器用法详解

stack容器适配器的创建

由于 stack 适配器以模板类 stack<T,Container=deque>（其中 T 为存储元素的类型，Container 表示底层容器的类型）的形式位于头文件中，并定义在 std 命名空间里。因此，在创建该容器之前，程序中应包含以下 2 行代码：

#include <stack>
using namespace std;
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创建 stack 适配器，大致分为如下几种方式。

1. 创建一个不包含任何元素的 stack 适配器，并采用默认的 deque 基础容器：

std::stack<int> values;
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在介绍适配器时提到，序列式容器中同时包含这 5 个成员函数的，有 vector、deque 和 list 这 3 个容器。因此，stack 适配器的基础容器可以是它们 3 个中任何一个。例如，下面展示了如何定义一个使用 list 基础容器的 stack 适配器：

std::stack<std::string, std::list<int>> values;
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2. 可以用一个基础容器来初始化 stack 适配器，只要该容器的类型和 stack 底层使用的基础容器类型相同即可。例如：

std::list<int> values {1, 2, 3};
std::stack<int,std::list<int>> my_stack (values);
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3. 还可以用一个 stack 适配器来初始化另一个 stack 适配器，只要它们存储的元素类型以及底层采用的基础容器类型相同即可。例如：

std::list<int> values{ 1, 2, 3 };
std::stack<int, std::list<int>> my_stack1(values);
std::stack<int, std::list<int>> my_stack=my_stack1;
//std::stack<int, std::list<int>> my_stack(my_stack1);
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stack容器适配器支持的成员函数

C++ STL queue容器适配器详解

queue容器适配器的创建

queue 容器适配器以模板类 queue<T,Container=deque>（其中 T 为存储元素的类型，Container 表示底层容器的类型）的形式位于头文件中，并定义在 std 命名空间里。因此，在创建该容器之前，程序中应包含以下 2 行代码：

#include <queue>
using namespace std;
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1. 创建一个空的 queue 容器适配器，其底层使用的基础容器选择默认的 deque 容器：

std::queue<int> values;
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通过此行代码，就可以成功创建一个可存储 int 类型元素，底层采用 deque 容器的 queue 容器适配器。

2. 当然，也可以手动指定 queue 容器适配器底层采用的基础容器类型。通过学习 《STL容器适配器详解》一节我们知道，queue 容器适配器底层容器可以选择 deque 和 list。

作为 queue 容器适配器的基础容器，其必须提供 front()、back()、push_back()、pop_front()、empty() 和 size() 这几个成员函数，符合条件的序列式容器仅有 deque 和 list。

std::queue<int, std::list<int>> values;
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3. 可以用基础容器来初始化 queue 容器适配器，只要该容器类型和 queue 底层使用的基础容器类型相同即可。例如：

std::deque<int> values{1,2,3};
std::queue<int> my_queue(values);
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4. 还可以直接通过 queue 容器适配器来初始化另一个 queue 容器适配器，只要它们存储的元素类型以及底层采用的基础容器类型相同即可。例如：

std::deque<int> values{1,2,3};
std::queue<int> my_queue1(values);
std::queue<int> my_queue(my_queue1);
//或者使用
//std::queue<int> my_queue = my_queue1;
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queue容器适配器支持的成员函数

和 stack 一样，queue 也没有迭代器，因此访问元素的唯一方式是遍历容器，通过不断移除访问过的元素，去访问下一个元素。

C++ STL priority_queue容器适配器详解

priority_queue 容器适配器为了保证每次从队头移除的都是当前优先级最高的元素，每当有新元素进入，它都会根据既定的排序规则找到优先级最高的元素，并将其移动到队列的队头；同样，当 priority_queue 从队头移除出一个元素之后，它也会再找到当前优先级最高的元素，并将其移动到队头。

基于 priority_queue 的这种特性，因此该容器适配器有被称为优先级队列。

STL 中，priority_queue 容器适配器的定义如下：

template <typename T,
        typename Container=std::vector<T>,
        typename Compare=std::less<T> >
class priority_queue{
    //......
}
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可以看到，priority_queue 容器适配器模板类最多可以传入 3 个参数，它们各自的含义如下：

• typename T：指定存储元素的具体类型；

• typename Container：指定 priority_queue 底层使用的基础容器，默认使用 vector 容器。

  作为 priority_queue 容器适配器的底层容器，其必须包含 empty()、size()、front()、push_back()、pop_back() 这几个成员函数，STL 序列式容器中只有 vector 和 deque 容器符合条件。

• typename Compare：指定容器中评定元素优先级所遵循的排序规则，默认使用

  std::less<T>
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  按照元素值从大到小进行排序，还可以使用

  std::greater<T>
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  按照元素值从小到大排序，但更多情况下是使用自定义的排序规则。

  其中，std::less 和 std::greater 都是以函数对象的方式定义在 头文件中。关于如何自定义排序规则。

创建priority_queue的几种方式

由于 priority_queue 容器适配器模板位于<queue>头文件中，并定义在 std 命名空间里，因此在试图创建该类型容器之前，程序中需包含以下 2 行代码：

#include <queue>
using namespace std;
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创建 priority_queue 容器适配器的方法，大致有以下几种。

1. 创建一个空的 priority_queue 容器适配器，第底层采用默认的 vector 容器，排序方式也采用默认的 std::less 方法：

std::priority_queue<int> values;
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2. 可以使用普通数组或其它容器中指定范围内的数据，对 priority_queue 容器适配器进行初始化：

//使用普通数组
int values[]{4,1,3,2};
std::priority_queue<int>copy_values(values,values+4);//{4,2,3,1}
//使用序列式容器
std::array<int,4>values{ 4,1,3,2 };
std::priority_queue<int>copy_values(values.begin(),values.end());//{4,2,3,1}
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3. 还可以手动指定 priority_queue 使用的底层容器以及排序规则，比如：

int values[]{ 4,1,2,3 };
std::priority_queue<int, std::deque<int>, std::greater<int> >copy_values(values, values+4);//{1,3,2,4}
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priority_queue提供的成员函数

和 queue 一样，priority_queue 也没有迭代器，因此访问元素的唯一方式是遍历容器，通过不断移除访问过的元素，去访问下一个元素。

C++ STL迭代器适配器

本章将介绍 5 种迭代器适配器，分别是反向迭代器适配器、插入型迭代器适配器、流迭代器适配器、流缓冲区迭代器适配器、移动迭代器适配器。

C++ STL迭代器适配器种类

#include <iostream>
#include <list>
using namespace std;
int main()
{
    std::list<int> values{ 1,2,3,4,5 };
    //找到遍历的起点和终点，这里无需纠结定义反向迭代器的语法，后续会详细讲解
    std::reverse_iterator<std::list<int>::iterator> begin = values.rbegin();
    std::reverse_iterator<std::list<int>::iterator> end = values.rend();
    while (begin != end) {
        cout << *begin << " ";
        //注意，这里是 ++，因为反向迭代器内部互换了 ++ 和 -- 的含义
        ++begin;
    }
    return 0;
}
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C++ STL distance()函数用法详解

作用于同一容器的 2 个同类型迭代器可以有效指定一个区间范围。在此基础上，如果想获取该指定范围内包含元素的个数，就可以借助本节要讲的 distance() 函数。

distance() 函数用于计算两个迭代器表示的范围内包含元素的个数，其语法格式如下：

template<class InputIterator>
typename iterator_traits<InputIterator>::difference_type distance (InputIterator first, InputIterator last);
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其中，first 和 last 都为迭代器，其类型可以是输入迭代器、前向迭代器、双向迭代器以及随机访问迭代器；该函数会返回[first, last)范围内包含的元素的个数。

注意，first 和 last 的迭代器类型，直接决定了 distance() 函数底层的实现机制：

• 当 first 和 last 为随机访问迭代器时，distance() 底层直接采用 last - first 求得 [first, last) 范围内包含元素的个数，其时间复杂度为O(1)常数阶；
• 当 first 和 last 为非随机访问迭代器时，distance() 底层通过不断执行 ++first（或者 first++）直到 first==last，由此来获取 [first, last) 范围内包含元素的个数，其时间复杂度为O(n)线性阶。

另外，distance() 函数定义在<iterator>头文件，并位于 std 命名空间中。因此在使用此函数前，程序中应包含如下代码：

#include <iterator>
using namespace std;
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#include <iostream>     // std::cout
#include <iterator>     // std::distance
#include <list>         // std::list
using namespace std;
int main() {
    //创建一个空 list 容器
    list<int> mylist;
    //向空 list 容器中添加元素 0~9
    for (int i = 0; i < 10; i++) {
        mylist.push_back(i);
    }
    //指定 2 个双向迭代器，用于执行某个区间
    list<int>::iterator first = mylist.begin();//指向元素 0
    list<int>::iterator last = mylist.end();//指向元素 9 之后的位置
    //获取 [first,last) 范围内包含元素的个数
    cout << "distance() = " << distance(first, last);
    return 0;
}
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C++ STL advance()函数用法详解

C++ STL advance()函数

advance() 函数用于将迭代器前进（或者后退）指定长度的距离，其语法格式如下：

template <class InputIterator, class Distance>
void advance (InputIterator& it, Distance n);
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其中 it 指的是目标迭代器，n 通常为一个整数。

需要注意的是，如果 it 为输入迭代器或者前向迭代器，则 n 必须为一个正数，即表示将 it 右移（前进） n 个位置；反之，如果 it 为双向迭代器或者随机访问迭代器，则 n 为正数时表示将 it 右移（前进） n 个位置，n 为负数时表示将 it 左移（后退） n 个位置。

另外，根据 it 类型是否为随机访问迭代器，advance() 函数底层采用了不同的实现机制：

• 当 it 为随机访问迭代器时，由于该类型迭代器支持 p+n 或者 p-n（其中 p 就是一个随机访问迭代器）运算，advance() 函数底层采用的就是 it+n 操作实现的；
• 当 it 为其他类型迭代器时，它们仅支持进行 ++ 或者 – 运算，这种情况下，advance() 函数底层是通过重复执行 n 个 ++ 或者 – 操作实现的。

值得一提的是，advance() 函数定义在<iterator>头文件，并位于 std 命名空间中。因此，程序在使用该函数之前，应包含如下 2 行代码：

#include <iterator>
using namespace std;
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为了让读者更好地知晓 advance() 函数的功能，首先以 forward_list 容器（仅支持使用前向迭代器）为例，下面程序演示了 advance() 函数的功能：

#include <iostream>     // std::cout
#include <iterator>     // std::advance
#include <forward_list>
using namespace std;
int main() {
    //创建一个 forward_list 容器
    forward_list<int> mylist{1,2,3,4};
    //it为前向迭代器，其指向 mylist 容器中第一个元素
    forward_list<int>::iterator it = mylist.begin();
    //借助 advance() 函数将 it 迭代器前进 2 个位置
    advance(it, 2);
    cout << "*it = " << *it;
    return 0;
}

// 程序执行结果为：*it = 3
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