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C++ 標準ライブラリのコンテナー

  • [アーティクル]

標準ライブラリには、関連するオブジェクトのコレクションを格納するさまざまなタイプ セーフ コンテナーが用意されています。 このコンテナーはクラス テンプレートです。 コンテナーの変数を宣言する場合は、コンテナーが保持する要素の型を指定します。 コンテナーは、初期化子リストを使用して構築できます。 要素の追加と削除やその他の操作を実行するためのメンバー関数があります。

反復子を使用して、コンテナー内の要素を反復処理し、個々の要素にアクセスします。 反復子を明示的に使用するには、反復子のメンバー関数、演算子、およびグローバル関数を使用します。 また、range-for ループなどを使用して暗黙的に反復子を使用することもできます。 すべての C++ 標準ライブラリのコンテナーは共通のインターフェイスを持っていますが、各コンテナーには固有の特殊化された反復子が定義されます。

コンテナーは、シーケンス コンテナー、連想コンテナー、およびコンテナー アダプターの 3 種類に分けることができます。

シーケンス コンテナー

シーケンス コンテナーは、挿入された要素の、指定された順序を維持します。

vector コンテナーは配列のように動作しますが、必要に応じて自動的に拡張されます。 ランダム アクセスが可能で連続して格納され、長さに関しては高い柔軟性があります。 こうした理由などから、vector はほとんどのアプリケーションに推奨されるシーケンス コンテナーです。 使用するシーケンス コンテナーの種類が不明な場合は、ベクターを使用して開始します。 詳細については、「vector クラス」を参照してください。

array コンテナーは vector の長所の一部を備えていますが、長さに関する柔軟性は高くありません。 詳細については、「array クラス」を参照してください。

deque (両端キュー) コンテナーは、コンテナーの先頭と末尾で、すばやい挿入および削除を行うことができます。 vector のランダム アクセスと長さの柔軟性という利点を備えていますが、連続的ではありません。 詳細については、「deque クラス」を参照してください。

list コンテナーはダブルリンク リストであり、双方向アクセスや、コンテナー内の任意の場所での高速な挿入および削除が可能ですが、コンテナー内の要素にランダムにアクセスすることはできません。 詳細については、「list クラス」を参照してください。

forward_list コンテナーはシングルリンク リストであり、list の前方アクセス バージョンです。 詳細については、「forward_list クラス」を参照してください。

連想コンテナー

連想コンテナーでは、要素は事前に定義された順序で挿入されます (たとえば、昇順に並べ替えられて)。 順序なしの連想コンテナーも使用できます。 連想コンテナーは、マップとセットという 2 つのサブセットに分類できます。

ディクショナリとも呼ばれる map は、キーと値のペアで構成されています。 キーはシーケンスを順序付けるために使用され、値はそのキーに関連付けられます。 たとえば、map には、テキスト内のすべての一意の単語を表すキーと、それに対応する、テキスト内で各単語が出現する回数を表す値が含まれる場合があります。 map の順序なしのバージョンは unordered_map です。 詳細については、「map クラス」および「unordered_map クラス」を参照してください。

set は単に、一意の要素の昇順のコンテナーです。値がキーにもなっています。 set の順序なしのバージョンは unordered_set です。 詳細については、「set クラス」および「unordered_set クラス」を参照してください。

map と set のどちらでも、キーまたは要素の 1 つのインスタンスだけをコンテナーに挿入できます。 要素の複数のインスタンスが必要な場合は、multimap または multiset を使用します。 順序なしのバージョンは unordered_multimap と unordered_multiset です。 詳細については、「multimap クラス」、「unordered_multimap クラス」、「multiset クラス」、および「unordered_multiset クラス」を参照してください。

順序ありのマップおよびセットは双方向反復子をサポートしており、順序なしのバージョンは前方反復子をサポートしています。 詳細については、「 反復子」を参照してください。

連想コンテナーの異種ルックアップ (C++14)

順序指定された連想コンテナー (map、multimap、set、multiset) で、異種ルックアップがサポートされるようになりました。これにより、find() や lower_bound() などのメンバー関数内のキーまたは要素とまったく同じオブジェクト型を渡す必要がなくなりました。 代わりに、オーバーロードされた operator< が定義されてキーの型の比較が可能になっている任意の型を渡すことができます。

次に示すように、コンテナー変数を宣言するときに、 std::less<> または std::greater<> "ひし形ファンクター" 比較子を指定すると、異種参照がオプトインベースで有効になります。

std::set<BigObject, std::less<>> myNewSet;

既定の比較子を使用すると、コンテナーは c++ 11 以前と同じように正確に動作します。

次の例では、std::set のユーザーが、各オブジェクトの BigObject::id メンバーと比較できる短い文字列を渡すだけでルックアップを実行できるようにするために operator< をオーバーロードする方法を示しています。

#include <set>
#include <string>
#include <iostream>
#include <functional>

using namespace std;

class BigObject
{
public:
    string id;
    explicit BigObject(const string& s) : id(s) {}
    bool operator< (const BigObject& other) const
    {
        return this->id < other.id;
    }

    // Other members....
};

inline bool operator<(const string& otherId, const BigObject& obj)
{
    return otherId < obj.id;
}

inline bool operator<(const BigObject& obj, const string& otherId)
{
    return obj.id < otherId;
}

int main()
{
    // Use C++14 brace-init syntax to invoke BigObject(string).
    // The s suffix invokes string ctor. It is a C++14 user-defined
    // literal defined in <string>
    BigObject b1{ "42F"s };
    BigObject b2{ "52F"s };
    BigObject b3{ "62F"s };
    set<BigObject, less<>> myNewSet; // C++14
    myNewSet.insert(b1);
    myNewSet.insert(b2);
    myNewSet.insert(b3);
    auto it = myNewSet.find(string("62F"));
    if (it != myNewSet.end())
        cout << "myNewSet element = " << it->id << endl;
    else
        cout << "element not found " << endl;

    // Keep console open in debug mode:
    cout << endl << "Press Enter to exit.";
    string s;
    getline(cin, s);
    return 0;
}

//Output: myNewSet element = 62F

map、multimap、set、multiset 内の次のメンバー関数は、異種ルックアップをサポートするように、あらかじめオーバーロードされています。

  1. find

  2. count

  3. lower_bound

  4. upper_bound

  5. equal_range

コンテナー アダプター

コンテナー アダプターは、簡潔さと明確さのためにインターフェイスを制限する、シーケンスまたは連想コンテナーの変化形です。 コンテナー アダプターは反復子をサポートしていません。

queue コンテナーは FIFO (先入れ先出し) のセマンティクスに従います。 プッシュされた (つまり、キューに挿入された) 最初の要素は、最初にポップされます (つまり、キューから削除されます)。 詳細については、「queue クラス」を参照してください。

priority_queue コンテナーは、最高の値を持つ要素が常にキューの先頭になるように編成されます。 詳細については、「priority_queue クラス」を参照してください。

stack コンテナーは、LIFO (後入れ先出し) のセマンティクスに従います。 スタックに最後にプッシュされた要素が最初にポップされます。 詳細については、「stack クラス」を参照してください。

コンテナー アダプターは反復子をサポートしていないため、C++ 標準ライブラリ アルゴリズムでは使用できません。 詳細については、「アルゴリズム」を参照してください。

コンテナー要素の要件

一般に、C++ 標準ライブラリ コンテナーに挿入される要素は、コピー可能なものであれば、ほぼどのオブジェクト型でもかまいません。 移動のみ可能な要素 (たとえば、vector<unique_ptr<T>> を使用して作成される unique_ptr<> など) は、要素をコピーしようとするメンバー関数を呼び出さなければ正常に動作します。

デストラクターは例外のスローを許可されていません。

この記事の前の方で説明した順序ありの連想コンテナーでは、パブリックな比較演算子が定義されている必要があります。 既定では、演算子は operator<されますが、 operator< で動作しない型もサポートされます。

コンテナーに対する一部の操作では、パブリックな既定のコンストラクターとパブリックな等価演算子も必要となる場合があります。 たとえば、順序なしの連想コンテナーでは、等値とハッシュのサポートが必要です。

コンテナー要素へのアクセス

コンテナーの要素には、反復子を使用してアクセスします。 詳細については、「 反復子」を参照してください。

Note

また、C++ 標準ライブラリ コレクションに対する反復処理には範囲ベースの for ループを使用できます。

コンテナーの比較

すべてのコンテナーは、同じ要素型を含み、型が同じである 2 つのコンテナーを比較するために、演算子 == をオーバーロードします。 == を使用すると、vector<string> を別の vector<string> と比較できますが、vector<string> を list<string> と比較することや、vector<string> を vector<char*> と比較することはできません。 C++98/03 では、std::equal または std::mismatch を使用して、異なるコンテナー型や要素型を比較できます。 C++ 11 では、std::is_permutation を使用することもできます。 ただし、このようなケースでは常に、関数は、コンテナーが同じ長さであることを前提としています。 2 つ目の範囲が 1 つ目の範囲より短いと、未定義の動作が発生します。 また、2 番目の範囲が長い場合も、比較は 1 つ目の範囲の末尾を越えて続行されないため、不正確になる可能性があります。

異なるコンテナーの比較 (C++ 14)

C++14 以降では、2 つの範囲全体を対象とする std::equal、std::mismatch、std::is_permutation のいずれかの関数オーバーロードを使用して、異なるコンテナー型や要素型を比較できます。 これらのオーバーロードを使用すると、長さが異なるコンテナーを比較できます。 これらのオーバーロードは、ユーザー エラーの影響を受けにくく、長さが異なるコンテナーを比較しているときに一定の時間で false を返すように最適化されています。 そのため、使用しない明確な理由があるか、std::list コンテナーを使用している (2 つの範囲の最適化を行うメリットがありません) のでない限り、これらのオーバーロードを使用することをお勧めします。

関連項目

並列コンテナー
<sample container>
C++ 標準ライブラリ内のスレッド セーフ