Читать книгу Введение в стандартную библиотеку шаблонов C++. Описание, примеры использования, учебные задачи - Михаил Абрамян - Страница 3

Данный раздел посвящен контейнерам, входящим в стандартную библиотеку шаблонов C++. Подробно описываются те основные виды последовательных и ассоциативных контейнеров, с которыми связаны задания, приводимые в книге: это векторы (vector), деки (deque), списки (list), множества (set), мультимножества (multiset), отображения (map) и мультиотображения (multimap), а также текстовые строки (string), которые относят к псевдоконтейнерам. Другие виды контейнеров кратко описываются в п. 1.2.8: это контейнеры-адаптеры стек (stack), очередь (queue) и очередь с приоритетом (priority_queue), а также контейнеры, добавленные в библиотеку STL в стандарте C++11 (array, forward_list и ассоциативные контейнеры на базе хеш-функций). Все контейнеры определены в пространстве имен std.

В таблицах 1 и 2 перечислены характеристики основных видов последовательных и ассоциативных контейнеров.

Таблица 1

Последовательные контейнеры

Таблица 2

Ассоциативные контейнеры

В описаниях шаблонов контейнеров, приводимых в таблицах 1 и 2, и далее при описании конструкторов и функций-членов этих контейнеров (см. п. 1.2.2–1.2.6) не указывается дополнительный тип Alloc, который обычно устанавливается по умолчанию. Необязательные параметры заключаются в квадратные скобки, набранные полужирным шрифтом: [ ]. В частности, если в шаблоне ассоциативного контейнера не указывается операция сравнения Compare, то она считается равной less<Key>.

Контейнеры могут содержать данные только тех типов T, которые удовлятворяют некоторым естественным условиям (например, в стандарте C++98 требуется, чтобы для типа T был определен конструктор копирования и операция присваивания).

Все рассматриваемые последовательные контейнеры допускают вставку новых элементов в любую позицию и удаление элементов из любой позиции. Векторы оптимизированы для быстрого (за константное время) выполнения операций вставки и удаления, связанных с концом последовательности элементов (функции-члены push_back и pop_back), а деки – для операций, связанных как с началом, так и с концом последовательности (функции-члены push_back и pop_back, push_front и pop_front). В то же время, векторы обладают рядом особенностей, отсутствующих у деков; в частности, они имеют такую характеристику, как емкость, которая доступна и для чтения (функция-член capacity) и для изменения (функция-член reserve). Текстовые строки string обладают возможностями, аналогичными возможностям векторов с символьными элементами. Списки позволяют выполнять быструю вставку и удаление элементов для любой позиции, однако доступ к элементу списка по его номеру требует линейного времени (т. е. зависит от текущего размера списка). По этой причине для списков не реализована операция индексирования, а связанные со списками итераторы являются двунаправленными (а не итераторами произвольного доступа, как для всех остальных последовательных контейнеров). Еще одной особенностью списка является то, что операции вставки и удаления не влияют на корректность итераторов и ссылок, связанных с другими его элементами, в то время как для векторов и деков вставка или удаление элементов может приводить к тому, что некоторые (или все) итераторы и/или ссылки окажутся недействительными (подробности приведены в п. 1.2.7). Кроме того, для списков предусмотрен набор дополнительных функций-членов, отсутствующих у других последовательных контейнеров и представляющих собой оптимизированные реализации соответствующих алгоритмов (см. п. 1.2.5).

Все рассматриваемые ассоциативные контейнеры хранят последовательности своих элементов в отсортированном виде. Сортировка выполняется по ключу, причем для множеств и мультимножеств ключами выступают сами элементы (типа T), а в отображениях и мультиотображениях хранятся пары типа pair<Key, T>, первый компонент которых считается ключом (key), а второй – значением (value). По умолчанию порядок определяется операцией < для типа ключа Key, однако его можно явно указать в шаблоне контейнера в виде функционального объекта, реализующего бинарный предикат с параметрами типа Key и со свойствами операции сравнения «меньше». Мультимножества и мультиотображения, в отличие от множеств и отображений, позволяют хранить набор элементов с эквивалентными ключами (ключи считаются эквивалентными, если ни один из них не является меньшим, чем другой). Для отображения определена операция индексирования с дополнительными возможностями (см. п. 1.2.6). Вставка новых элементов в любой ассоциативный контейнер сохраняет его упорядоченность. И операция вставки, и операция удаления для ассоциативных контейнеров требует логарифмического времени, если для этих операций указывается параметр-ключ. За это же время выполняется и поиск элементов по ключу, для реализации которого в ассоциативных контейнерах предусмотрен целый набор функций-членов. Указанные свойства ассоциативных контейнеров делают их удобным механизмом для группировки и объединения наборов данных по ключу.

Поскольку контейнеры, перечисленные в таблицах 1 и 2, имеют много одинаковых функций-членов, все они далее рассматриваются совместно: в п. 1.2.2 перечисляются типы, связанные с контейнерами, и описываются варианты конструкторов, в п. 1.2.3 приводятся функции-члены, имеющиеся у всех контейнеров, в п. 1.2.4 – функции-члены последовательных контейнеров, в п. 1.2.5 – дополнительные функции-члены списков, в п. 1.2.6 – функции-члены ассоциативных контейнеров. В каждом пункте все функции-члены приводятся в алфавитном порядке их имен. Если некоторые функции-члены имеются не у всех рассматриваемых типов контейнеров, то это явно указывается; кроме того, специальным образом помечаются функции-члены, добавленные в стандарте C++11 (например, текст vector(C++11), string означает, что соответствующая функция-член доступна только для классов vector и string, причем для класса vector – только начиная со стандарта C++11). Если один из прежних вариантов функции-члена отсутствует в стандарте С++11, то он помечается текстом C++98.

Класс string имеет гораздо больше функций-членов, чем остальные контейнеры, однако в данном разделе приводятся только те из них, которые имеются также и у других последовательных контейнеров.

Если требуется одновременно упомянуть и множество, и мультимножество, то используется слово «(мульти)множество»; если требуется одновременно упомянуть и отображение, и мультиотображение, то используется слово «(мульти)отображение».

В последующих описаниях функций-членов некоторые переменные всегда связываются с данными фиксированного типа (этот тип определяется в самом контейнере – см. п. 1.2.2):

• n имеет тип size_type;

• k имеет тип key_type;

• x (а также x1, x2, …) имеет тип value_type;

• init_list имеет тип списка инициализации initializer_list<value_type> (элементы списка инициализации разделяются запятыми, сам список заключается в фигурные скобки);

• pos, hintpos, first и last (а также pos_lst, first_lst, last_lst) имеют тип итератора соответствующего контейнера (iterator).

Переменная other обозначает параметр, являющийся контейнером того же типа, что и контейнер, для которого вызывается функция-член. Переменные InIterFirst и InIterLast обозначают итераторы чтения, которые могут быть связаны с контейнером другого типа (при этом тип элементов контейнера должен совпадать с типом элементов контейнера, для которого вызывается функция-член).

Функции-члены begin, end, rbegin, rend, front, back, at, equal_range, find, lower_bound, upper_bound (а также data для векторов и operator[ ] для последовательных контейнеров) реализованы в двух вариантах: неконстантном и константном (например, iterator begin(…) и const_iterator begin(…) const); в дальнейшем это особо не оговаривается и константный вариант не приводится. В стандарте C++11 константные варианты функций-членов begin, end, rbegin, rend можно использовать с именами cbegin, cend, crbegin, crend соответственно.