【C++提高编程】C++全栈体系（二十二）

C++提高编程

第三章 STL - 常用容器

五、stack容器

1. stack 基本概念

概念：stack是一种先进后出(First In Last Out,FILO)的数据结构，它只有一个出口

栈中只有顶端的元素才可以被外界使用，因此栈不允许有遍历行为

栈中进入数据称为 — 入栈 push

栈中弹出数据称为 — 出栈 pop

生活中的栈：

2. stack 常用接口

功能描述：栈容器常用的对外接口

构造函数：

• stack<T> stk; //stack采用模板类实现， stack对象的默认构造形式
• stack(const stack &stk); //拷贝构造函数

赋值操作：

• stack& operator=(const stack &stk); //重载等号操作符

数据存取：

• push(elem); //向栈顶添加元素
• pop(); //从栈顶移除第一个元素
• top(); //返回栈顶元素

大小操作：

• empty(); //判断堆栈是否为空
• size(); //返回栈的大小

示例：

#include <stack>//栈容器常用接口
void test01()
{//创建栈容器 栈容器必须符合先进后出stack<int> s;//向栈中添加元素，叫做 压栈 入栈s.push(10);s.push(20);s.push(30);while (!s.empty()) {//输出栈顶元素cout << "栈顶元素为： " << s.top() << endl;//弹出栈顶元素s.pop();}cout << "栈的大小为：" << s.size() << endl;}int main() {test01();system("pause");return 0;
}/*栈顶元素为： 30栈顶元素为： 20栈顶元素为： 10栈的大小为：0
*/

总结：

• 入栈 — push
• 出栈 — pop
• 返回栈顶 — top
• 判断栈是否为空 — empty
• 返回栈大小 — size

六、queue 容器

1. queue 基本概念

概念：queue是一种先进先出(First In First Out,FIFO)的数据结构，它有两个出口

队列容器允许从一端新增元素，从另一端移除元素

队列中只有队头和队尾才可以被外界使用，因此队列不允许有遍历行为

队列中进数据称为 — 入队 push

队列中出数据称为 — 出队 pop

生活中的队列：

2. queue 常用接口

功能描述：栈容器常用的对外接口

构造函数：

• queue<T> que; //queue采用模板类实现，queue对象的默认构造形式
• queue(const queue &que); //拷贝构造函数

赋值操作：

• queue& operator=(const queue &que); //重载等号操作符

数据存取：

• push(elem); //往队尾添加元素
• pop(); //从队头移除第一个元素
• back(); //返回最后一个元素
• front(); //返回第一个元素

大小操作：

• empty(); //判断堆栈是否为空
• size(); //返回栈的大小

示例：

#include <queue>
#include <string>
class Person
{
public:Person(string name, int age){this->m_Name = name;this->m_Age = age;}string m_Name;int m_Age;
};void test01() {//创建队列queue<Person> q;//准备数据Person p1("唐僧", 30);Person p2("孙悟空", 1000);Person p3("猪八戒", 900);Person p4("沙僧", 800);//向队列中添加元素  入队操作q.push(p1);q.push(p2);q.push(p3);q.push(p4);//队列不提供迭代器，更不支持随机访问	while (!q.empty()) {//输出队头元素cout << "队头元素-- 姓名： " << q.front().m_Name << " 年龄： "<< q.front().m_Age << endl;cout << "队尾元素-- 姓名： " << q.back().m_Name  << " 年龄： " << q.back().m_Age << endl;cout << endl;//弹出队头元素q.pop();}cout << "队列大小为：" << q.size() << endl;
}int main() {test01();system("pause");return 0;
}/*队头元素-- 姓名： 唐僧 年龄： 30队尾元素-- 姓名： 沙僧 年龄： 800队头元素-- 姓名： 孙悟空 年龄： 1000队尾元素-- 姓名： 沙僧 年龄： 800队头元素-- 姓名： 猪八戒 年龄： 900队尾元素-- 姓名： 沙僧 年龄： 800队头元素-- 姓名： 沙僧 年龄： 800队尾元素-- 姓名： 沙僧 年龄： 800队列大小为：0
*/

总结：

• 入队 — push
• 出队 — pop
• 返回队头元素 — front
• 返回队尾元素 — back
• 判断队是否为空 — empty
• 返回队列大小 — size

七、list容器

1. list 基本概念

功能： 将数据进行链式存储

链表（list）是一种物理存储单元上非连续的存储结构，数据元素的逻辑顺序是通过链表中的指针链接实现的

链表的组成：链表由一系列结点组成

结点的组成：一个是存储数据元素的数据域，另一个是存储下一个结点地址的指针域

STL中的链表是一个双向循环链表

由于链表的存储方式并不是连续的内存空间，因此链表list中的迭代器只支持前移和后移，属于双向迭代器

list的优点：

• 采用动态存储分配，不会造成内存浪费和溢出
• 链表执行插入和删除操作十分方便，修改指针即可，不需要移动大量元素

list的缺点：

• 链表灵活，但是空间(指针域) 和 时间（遍历）额外耗费较大

list有一个重要的性质，插入操作和删除操作都不会造成原有list迭代器的失效，这在vector是不成立的。

总结：STL中list和vector是两个最常被使用的容器，各有优缺点

2. list 构造函数

功能描述：

• 创建list容器

函数原型：

• list<T> lst; //list采用采用模板类实现,对象的默认构造形式：
• list(beg,end); //构造函数将[beg, end)区间中的元素拷贝给本身。
• list(n,elem); //构造函数将n个elem拷贝给本身。
• list(const list &lst); //拷贝构造函数。

示例：

#include <list>void printList(const list<int>& L) {for (list<int>::const_iterator it = L.begin(); it != L.end(); it++) {cout << *it << " ";}cout << endl;
}void test01()
{list<int>L1;L1.push_back(10);L1.push_back(20);L1.push_back(30);L1.push_back(40);printList(L1);list<int>L2(L1.begin(),L1.end());printList(L2);list<int>L3(L2);printList(L3);list<int>L4(10, 1000);printList(L4);
}int main() {test01();system("pause");return 0;
}/*10 20 30 40 10 20 30 40 10 20 30 40 1000 1000 1000 1000 1000 1000 1000 1000 1000 1000 
*/

总结：list构造方式同其他几个STL常用容器，熟练掌握即可

3. list 赋值和交换

功能描述：

• 给list容器进行赋值，以及交换list容器

函数原型：

• assign(beg, end); //将[beg, end)区间中的数据拷贝赋值给本身。
• assign(n, elem); //将n个elem拷贝赋值给本身。
• list& operator=(const list &lst); //重载等号操作符
• swap(lst); //将lst与本身的元素互换。

示例：

#include <list>void printList(const list<int>& L) {for (list<int>::const_iterator it = L.begin(); it != L.end(); it++) {cout << *it << " ";}cout << endl;
}//赋值和交换
void test01()
{list<int>L1;L1.push_back(10);L1.push_back(20);L1.push_back(30);L1.push_back(40);printList(L1);//赋值list<int>L2;L2 = L1;printList(L2);list<int>L3;L3.assign(L2.begin(), L2.end());printList(L3);list<int>L4;L4.assign(10, 100);printList(L4);}//交换
void test02()
{list<int>L1;L1.push_back(10);L1.push_back(20);L1.push_back(30);L1.push_back(40);list<int>L2;L2.assign(10, 100);cout << "交换前： " << endl;printList(L1);printList(L2);cout << endl;L1.swap(L2);cout << "交换后： " << endl;printList(L1);printList(L2);}int main() {//test01();test02();system("pause");return 0;
}/*test01():10 20 30 40 10 20 30 40 10 20 30 40 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 test02():交换前： 10 20 30 40 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 交换后： 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 10 20 30 40 
*/

总结：list赋值和交换操作能够灵活运用即可

4. list 大小操作

功能描述：

• 对list容器的大小进行操作

函数原型：

• size(); //返回容器中元素的个数

• empty(); //判断容器是否为空

• resize(num); //重新指定容器的长度为num，若容器变长，则以默认值填充新位置。

  ​ //如果容器变短，则末尾超出容器长度的元素被删除。

• resize(num, elem); //重新指定容器的长度为num，若容器变长，则以elem值填充新位置。

  //如果容器变短，则末尾超出容器长度的元素被删除。

示例：

#include <list>void printList(const list<int>& L) {for (list<int>::const_iterator it = L.begin(); it != L.end(); it++) {cout << *it << " ";}cout << endl;
}//大小操作
void test01()
{list<int>L1;L1.push_back(10);L1.push_back(20);L1.push_back(30);L1.push_back(40);if (L1.empty()){cout << "L1为空" << endl;}else{cout << "L1不为空" << endl;cout << "L1的大小为： " << L1.size() << endl;}//重新指定大小L1.resize(10);printList(L1);L1.resize(2);printList(L1);
}int main() {test01();system("pause");return 0;
}/*L1不为空L1的大小为： 410 20 30 40 0 0 0 0 0 0 10 20 
*/

总结：

• 判断是否为空 — empty
• 返回元素个数 — size
• 重新指定个数 — resize

5. list 插入和删除

功能描述：

• 对list容器进行数据的插入和删除

函数原型：

• push_back(elem);//在容器尾部加入一个元素
• pop_back();//删除容器中最后一个元素
• push_front(elem);//在容器开头插入一个元素
• pop_front();//从容器开头移除第一个元素
• insert(pos,elem);//在pos位置插elem元素的拷贝，返回新数据的位置。
• insert(pos,n,elem);//在pos位置插入n个elem数据，无返回值。
• insert(pos,beg,end);//在pos位置插入[beg,end)区间的数据，无返回值。
• clear();//移除容器的所有数据
• erase(beg,end);//删除[beg,end)区间的数据，返回下一个数据的位置。
• erase(pos);//删除pos位置的数据，返回下一个数据的位置。
• remove(elem);//删除容器中所有与elem值匹配的元素。

示例：

#include <list>void printList(const list<int>& L) {for (list<int>::const_iterator it = L.begin(); it != L.end(); it++) {cout << *it << " ";}cout << endl;
}//插入和删除
void test01()
{list<int> L;//尾插L.push_back(10);L.push_back(20);L.push_back(30);//头插L.push_front(100);L.push_front(200);L.push_front(300);printList(L);//尾删L.pop_back();printList(L);//头删L.pop_front();printList(L);//插入list<int>::iterator it = L.begin();L.insert(++it, 1000);printList(L);//删除it = L.begin();L.erase(++it);printList(L);//移除L.push_back(10000);L.push_back(10000);L.push_back(10000);printList(L);L.remove(10000);printList(L);//清空L.clear();printList(L);
}int main() {test01();system("pause");return 0;
}/*300 200 100 10 20 30 300 200 100 10 20 200 100 10 20 200 1000 100 10 20 200 100 10 20 200 100 10 20 10000 10000 10000 200 100 10 20*/

总结：

• 尾插 — push_back
• 尾删 — pop_back
• 头插 — push_front
• 头删 — pop_front
• 插入 — insert
• 删除 — erase
• 移除 — remove
• 清空 — clear

6. list 数据存取

功能描述：

• 对list容器中数据进行存取

函数原型：

• front(); //返回第一个元素。
• back(); //返回最后一个元素。

示例：

#include <list>//数据存取
void test01()
{list<int>L1;L1.push_back(10);L1.push_back(20);L1.push_back(30);L1.push_back(40);//cout << L1.at(0) << endl;//错误 不支持at访问数据//cout << L1[0] << endl; //错误  不支持[]方式访问数据cout << "第一个元素为： " << L1.front() << endl;cout << "最后一个元素为： " << L1.back() << endl;//list容器的迭代器是双向迭代器，不支持随机访问list<int>::iterator it = L1.begin();//it = it + 1;//错误，不可以跳跃访问，即使是+1
}int main() {test01();system("pause");return 0;
}/*第一个元素为： 10最后一个元素为： 40
*/

总结：

• list容器中不可以通过[]或者at方式访问数据
• 返回第一个元素 — front
• 返回最后一个元素 — back

7. list 反转和排序

功能描述：

• 将容器中的元素反转，以及将容器中的数据进行排序

函数原型：

• reverse(); //反转链表
• sort(); //链表排序

示例：

void printList(const list<int>& L) {for (list<int>::const_iterator it = L.begin(); it != L.end(); it++) {cout << *it << " ";}cout << endl;
}bool myCompare(int val1 , int val2)
{return val1 > val2;
}//反转和排序
void test01()
{list<int> L;L.push_back(90);L.push_back(30);L.push_back(20);L.push_back(70);printList(L);//反转容器的元素L.reverse();printList(L);//排序L.sort(); //默认的排序规则 从小到大printList(L);L.sort(myCompare); //指定规则，从大到小printList(L);
}int main() {test01();system("pause");return 0;
}/*90 30 20 70 70 20 30 90 20 30 70 90 90 70 30 20 
*/

总结：

• 反转 — reverse
• 排序 — sort （成员函数）

8. 排序案例

案例描述：将Person自定义数据类型进行排序，Person中属性有姓名、年龄、身高

排序规则：按照年龄进行升序，如果年龄相同按照身高进行降序

示例：

#include <list>
#include <string>
class Person {
public:Person(string name, int age , int height) {m_Name = name;m_Age = age;m_Height = height;}public:string m_Name;  //姓名int m_Age;      //年龄int m_Height;   //身高
};bool ComparePerson(Person& p1, Person& p2) {if (p1.m_Age == p2.m_Age) {return p1.m_Height  > p2.m_Height;}else{return  p1.m_Age < p2.m_Age;}}void test01() {list<Person> L;Person p1("刘备", 35 , 175);Person p2("曹操", 45 , 180);Person p3("孙权", 40 , 170);Person p4("赵云", 25 , 190);Person p5("张飞", 35 , 160);Person p6("关羽", 35 , 200);L.push_back(p1);L.push_back(p2);L.push_back(p3);L.push_back(p4);L.push_back(p5);L.push_back(p6);for (list<Person>::iterator it = L.begin(); it != L.end(); it++) {cout << "姓名： " << it->m_Name << " 年龄： " << it->m_Age << " 身高： " << it->m_Height << endl;}cout << "---------------------------------" << endl;L.sort(ComparePerson); //排序for (list<Person>::iterator it = L.begin(); it != L.end(); it++) {cout << "姓名： " << it->m_Name << " 年龄： " << it->m_Age << " 身高： " << it->m_Height << endl;}
}int main() {test01();system("pause");return 0;
}/*姓名： 刘备 年龄： 35 身高： 175姓名： 曹操 年龄： 45 身高： 180姓名： 孙权 年龄： 40 身高： 170姓名： 赵云 年龄： 25 身高： 190姓名： 张飞 年龄： 35 身高： 160姓名： 关羽 年龄： 35 身高： 200---------------------------------姓名： 赵云 年龄： 25 身高： 190姓名： 关羽 年龄： 35 身高： 200姓名： 刘备 年龄： 35 身高： 175姓名： 张飞 年龄： 35 身高： 160姓名： 孙权 年龄： 40 身高： 170姓名： 曹操 年龄： 45 身高： 180
*/

总结：

• 对于自定义数据类型，必须要指定排序规则，否则编译器不知道如何进行排序

• 高级排序只是在排序规则上再进行一次逻辑规则制定，并不复杂