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C++11 新特性之容器相关特性

C++11 新特性之容器相关特性

作者: Python编程导师 | 来源:发表于2019-02-15 18:33 被阅读15次

    这是C++11新特性介绍的第四部分,涉及到C++11这次更新中与容器有关的新特性。有兴趣阅读其他部分的可以关注我主页找到该文章。

    不想看toy code的读者可以直接拉到文章最后看这部分的总结。

    cbegin和cend

    原来的begin和end返回的iterator是否是常量取决于对应的容器类型,但是有时,即使容器不是常量类型,我们也希望获得一个const_iterator,以避免不必要的修改行为。C++11新标准中提供了cbegin和cend函数,无论容器类型,都固定返回const_iterator。

    vector<int> c1 = {0, 1, 2, 3, 4};

    auto it1_1 = c1.begin();

    auto it1_2 = c1.cbegin();

    *it1_1 = 4;

    //*it1_2 = 5; // wrong, const iterator's value can't be changed via this iterator.

    cout<<*it1_1<<'\t'<<*it1_2<<endl;

    标准库的 begin 和 end

    C++11新标准提供了begin和end函数,可以对普通数组使用,获得头指针和尾指针。

    int c2[] = {0, 1, 2, 3, 4};

    auto it2_1 = begin(c2);

    auto it2_2 = end(c2);

    while(it2_1 != it2_2)

    {

    cout<<*it2_1<<'\t';

    it2_1++;

    }

    cout<<endl;

    新的赋值方式

    C++11允许使用一个{}包围的初始值列表来进行复制。如果等号左侧是个容器,那么怎么赋值由容器决定。

    vector<int> c3;

    c3 = {0, 1, 2, 3, 4};

    for(auto it3_1 = c3.begin(); it3_1 != c3.end(); it3_1++)

    cout<<*it3_1<<'\t';

    cout<<endl;

    initializer_list

    C++11新标准中新增了initializer_list类型,其实在之前介绍初始化的那篇文章中,使用vector v = {0, 1, 2, 3, 4}这种初始化形式时,就隐式的使用了initializer_list:每当在程序中出现一段以{}包围的字面量时,就会自动构造一个initializer_list对象。

    另外,initializer_list的另一个作用就在于作为函数的形参,这样的函数可以方便的传入以{}包围的不定长列表:

    void print_list(initializer_list<int> il)

    {

    for(auto it = il.begin(); it != il.end(); it++)

    {

    cout<<*it<<'\t';

    //*it = 100; // wrong. initializer_list element is read-only.

    }

    cout<<endl;

    }

    print_list({0, 1, 2, 3, 4});

    print_list({0, 1, 2, 3, 4, 5});

    但是,需要注意的是,initializer_list中的元素是只读的。

    array

    C++11标准中提供了定长数组容器array,相比于普通数组更安全、更易使用。array是定长数组,所以不支持诸如插入、删除等改变容器大小的操作,但是可以对元素进行赋值改变其值。

    array<int, 5> c4 = {0, 1, 2, 3, 4};

    c4[3] = 100; // can't insert since the array size is fixed.

    for(auto it4_1 = c4.begin(); it4_1 != c4.end(); it4_1++)

    {

    cout<<*it4_1<<'\t';

    }

    cout<<endl;

    forward_list

    C++11标准中增加了新的容器forward_list,提供了一个快速的、安全的单向链表实现。因为是单向链表,所以也就没有rbegin、rend一类的函数支持了。

    同样是因为单向链表的缘故,无法访问到给定元素的前驱,所以没有提供insert函数,而对应提供了一个insert_after函数,用于在给定元素之后插入节点。erase_after、emplace_after同理。

    forward_list<int> c5 = {3, 4};

    c5.push_front(2);

    c5.push_front(1);

    auto it5_1 = c5.before_begin();

    c5.insert_after(it5_1, 0);

    for(auto it5_2 = c5.begin(); it5_2 != c5.end(); it5_2++)

    {

    cout<<*it5_2<<'\t';

    }

    cout<<endl;

    swap

    新标准中提供了非成员版本的swap操作,此操作对array容器,会交换元素的值;对其他容器,则只交换容器的内部结构,并不进行元素值的拷贝操作,所以在这种情况下是非常迅速的。

    正因如此,当swap array后,原来array上的迭代器还依然指向原有元素,只是元素的值变了;

    而swap非array容器之后,原来容器上的迭代器将指向对方容器上的元素,而指向的元素的值却保持不变。

    vector<int> c6 = {0, 1, 2, 3, 4};

    vector<int> c7 = {5, 6, 7, 8, 9};

    auto it6_1 = c6.begin();

    auto it7_1 = c7.begin();

    swap(c6, c7);

    for(auto it6_2 = c6.begin(); it6_2 != c6.end(); it6_2++)

    cout<<*it6_2<<'\t';

    cout<<endl;

    for(auto it7_2 = c7.begin(); it7_2 != c7.end(); it7_2++)

    cout<<*it7_2<<'\t';

    cout<<endl;

    cout<<(it6_1 == c7.begin())<<'\t'<<(it7_1 == c6.begin())<<endl;

    array<int, 5> c8 = {0, 1, 2, 3, 4};

    array<int, 5> c9 = {5, 6, 7, 8, 9};

    auto it8_1 = c8.begin();

    auto it9_1 = c9.begin();

    swap(c8, c9);

    cout<<(it8_1 == c8.begin())<<'\t'<<(it9_1 == c9.begin())<<endl;

    emplace

    emplace操作将使用接受的参数构造一个对应容器中的元素,并插入容器中。这一点,使用普通的insert、push操作是做不到的。

    class TestData

    {

    public:

    TestData(string name, int age, double salary): name(name), age(age), salary(salary)

    {}

    private:

    string name;

    int age;

    double salary;

    };

    vector<TestData> c10;

    c10.emplace_back("yubo", 26, 100000000000.0);

    //c10.push_back("laowang", 56, 10.5); // wrong. no 3 params push_back

    c10.push_back(TestData("laowang", 56, 10.5));

    cout<<c10.size()<<endl;

    shrink_to_fit

    一般可变长容器会预先多分配一部分内存出来,以备在后续增加元素时,不用每次都申请内存。所以有size和capacity之分。size是当前容器中存有元素的个数,而capacity则是在不重新申请内存的情况下,当前可存放元素的最大数目。而shrink_to_fit就表示将capacity中的多余部分退回,使其回到size大小。但是,这个函数的具体效果要依赖于编译器的实现……

    vector<int> c11;

    for(int i = 0; i < 24; i++)

    c11.push_back(i);

    cout<<c11.size()<<'\t'<<c11.capacity()<<endl;

    c11.shrink_to_fit();

    cout<<c11.size()<<'\t'<<c11.capacity()<<endl;

    无序关联容器

    C++11新标准中引入了对map、set等关联容器的无序版本,叫做unorderer_map\/unordered_set。

    无序关联容器不使用键值的比较操作来组织元素顺序,而是使用哈希。这样在某些元素顺序不重要的情况下,效率更高。

    unordered_map<string, int> c12;

    map<string, int> c13;

    string string_keys[5] = {"aaa", "bbb", "ccc", "ddd", "eee"};

    for(int i = 0; i < 5; i++)

    {

    c12[string_keys[i]] = i;

    c13[string_keys[i]] = i;

    }

    cout<<"normal map:\n";

    for(auto it13 = c13.begin(); it13 != c13.end(); it13++)

    cout<<it13->first<<':'<<it13->second<<'\t';

    cout<<endl;

    cout<<"unordered map:\n";

    for(auto it12 = c12.begin(); it12 != c12.end(); it12++)

    cout<<it12->first<<':'<<it12->second<<'\t';

    cout<<endl;

    tuple

    熟悉python的程序员应该对tuple都不陌生,C++11中也引入了这一数据结构,用于方便的将不同类型的值组合起来。

    可以通过如下方式,获取tuple中的元素、tuple的长度等:

    //tuple<int, string, vector<int>> c14 = {1, "tuple", {0, 1, 2, 3, 4}}; // wrong. must explicit initialize

    tuple<int, string, vector<int>> c14{1, "tuple", {0, 1, 2, 3, 4}};

    get<0>(c14) = 2;

    typedef decltype(c14) ctype;

    size_t sz = tuple_size<ctype>::value;

    cout<<get<0>(c14)<<'\t'<<get<1>(c14)<<'\t'<<get<2>(c14)[0]<<'\t'<<sz<<endl;

    总结

    (1)cbegin和cend提供了固定获取const_iterator的方式。

    (2)begin和end用于普通数组获得首尾指针。

    (3)可以使用{}包围的初始值列表进行赋值。

    (4)增加initializer_list类型用于方便的使用{}包围的不定长列表。

    (5)增加新的定长数组容器array 单向链表容器forward_list。

    (6)增加非成员函数版本的swap操作。对array swap只交换元素值,而容器的结构不变;对其他容器则只改变容器数据结构,而元素值不变。

    (7)增加emplace操作用于将参数传递给构造函数构造元素并插入容器。

    (8)增加shrink_to_fit函数用于退回多余的空间。

    (9)增加无序关联容器。

    (10)增加tuple容器。

    注:另外本人从事在线教育多年,将自己的资料整合建了一个QQ群,对于有兴趣一起交流学习c/c++的初学者可以加群:941636044,里面有大神会给予解答,也会有许多的资源可以供大家学习分享,欢迎大家前来一起学习进步!

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