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C++ 常见容器获取头元素的方法全览

article 2024/11/19 16:20:28

在C++编程中，容器是存储和管理数据集合的重要工具。不同的容器提供了不同的接口来访问和操作其中的元素。获取容器的头元素（即第一个元素）是常见的操作之一。本文将详细列举C++标准库中所有常见容器获取头元素的方法，并对每种方法进行简要说明。

一、`std::vector`

std::vector是一个动态数组，它允许快速随机访问元素。要获取std::vector的头元素，可以使用索引或迭代器。

通过索引访问：

std::vector<int> vec = {1, 2, 3, 4, 5};
int head = vec[0]; // 获取头元素，即第一个元素

通过迭代器访问：

std::vector<int> vec = {1, 2, 3, 4, 5};
int head = *vec.begin(); // 获取头元素，begin() 返回指向第一个元素的迭代器

二、`std::list`

std::list是一个双向链表，它允许在容器的任意位置进行高效的插入和删除操作。要获取std::list的头元素，只能使用迭代器。

通过迭代器访问：

std::list<int> lst = {1, 2, 3, 4, 5};
int head = *lst.begin(); // 获取头元素，begin() 返回指向第一个元素的迭代器

std::list不支持通过索引访问元素，因为链表的内存布局不是连续的。

三、`std::deque`

std::deque是一个双端队列，它允许在容器的两端进行高效的插入和删除操作。与std::vector类似，std::deque也支持通过索引和迭代器访问元素。

通过索引访问（仅在支持随机访问的编译器实现中可用，但标准并未强制要求）：

std::deque<int> deq = {1, 2, 3, 4, 5};
int head = deq[0]; // 获取头元素，注意这并非标准强制的行为

通过迭代器访问（推荐方式）：

std::deque<int> deq = {1, 2, 3, 4, 5};
int head = *deq.begin(); // 获取头元素，begin() 返回指向第一个元素的迭代器

四、`std::forward_list`

std::forward_list是一个单向链表，它只允许单向遍历。要获取std::forward_list的头元素，同样只能使用迭代器。

通过迭代器访问：

std::forward_list<int> flst = {1, 2, 3, 4, 5};
int head = *flst.before_begin().next(); // 获取头元素，before_begin() 返回指向第一个元素之前的迭代器，然后调用 next()

注意，std::forward_list的迭代器是单向的，且不支持--操作符，因此访问头元素稍微有些特殊。

五、`std::set` 和 `std::multiset`

std::set和std::multiset是基于红黑树的有序集合。它们不允许重复元素（multiset允许重复键但值仍需唯一）。要获取这些容器的头元素，可以使用迭代器。

通过迭代器访问：

std::set<int> s = {1, 2, 3, 4, 5};
int head = *s.begin(); // 获取头元素，即最小的元素

对于std::multiset，操作是相同的。

六、`std::map` 和 `std::multimap`

std::map和std::multimap是基于红黑树的关联容器，它们存储键值对。要获取这些容器的头元素的键或值，可以使用迭代器。

通过迭代器访问键：

std::map<int, std::string> m = {{1, "one"}, {2, "two"}, {3, "three"}};
int head_key = m.begin()->first; // 获取头元素的键

通过迭代器访问值：

std::string head_value = m.begin()->second; // 获取头元素的值

对于std::multimap，操作是相同的，但请注意，由于multimap允许重复键，因此头元素可能不是唯一的。

七、`std::unordered_set` 和 `std::unordered_multiset`

std::unordered_set和std::unordered_multiset是基于哈希表的无序集合。它们同样不允许重复元素（unordered_multiset允许重复元素）。要获取这些容器的头元素，可以使用迭代器。

通过迭代器访问：

std::unordered_set<int> us = {1, 2, 3, 4, 5};
int head = *us.begin(); // 获取头元素，但不一定是插入顺序的第一个元素

对于std::unordered_multiset，操作是相同的。

八、`std::unordered_map` 和 `std::unordered_multimap`

std::unordered_map和std::unordered_multimap是基于哈希表的无序关联容器。它们存储键值对。要获取这些容器的头元素的键或值，可以使用迭代器。

通过迭代器访问键：

std::unordered_map<int, std::string> um = {{1, "one"}, {2, "two"}, {3, "three"}};
int head_key = um.begin()->first; // 获取头元素的键

通过迭代器访问值：

std::string head_value = um.begin()->second; // 获取头元素的值

对于std::unordered_multimap，操作是相同的，但同样请注意，由于unordered_multimap允许重复键，因此头元素可能不是唯一的。

九、`std::stack`

std::stack是一个适配器，它基于其他容器（如std::deque或std::vector）实现栈的功能。要获取std::stack的头元素（即栈顶元素），可以使用top()方法。

通过top()方法访问：

std::stack<int> stk = {1, 2, 3, 4, 5};
int head = stk.top(); // 获取头元素，即栈顶元素

十、`std::queue`

std::queue也是一个适配器，它基于其他容器（如std::deque）实现队列的功能。要获取std::queue的头元素（即队首元素），可以使用front()方法。

通过front()方法访问：

std::queue<int> q = {1, 2, 3, 4, 5};
int head = q.front(); // 获取头元素，即队首元素

std::queue没有top()方法，这是std::stack特有的。

十一、`std::priority_queue`

std::priority_queue是一个适配器，它基于其他容器（如std::vector）实现优先队列的功能。要获取std::priority_queue的头元素（即具有最高优先级的元素），可以使用top()方法。

通过top()方法访问：

std::priority_queue<int> pq = {1, 2, 3, 4, 5};
int head = pq.top(); // 获取头元素，即具有最高优先级的元素

总结

在C++标准库中，不同的容器提供了不同的接口来访问它们的头元素。对于序列容器（如std::vector、std::list、std::deque等），通常使用索引或迭代器来访问头元素。对于关联容器（如std::set、std::map等）和无序关联容器（如std::unordered_set、std::unordered_map等），则使用迭代器来访问头元素。对于栈（std::stack）和优先队列（std::priority_queue），使用top()方法来获取头元素。而对于队列（std::queue），则使用front()方法来获取头元素。