Question

我目前正在学习C ++并试图习惯它附带的标准数据结构，但它们看起来都非常简单。例如，list没有像我在Java中习惯的get（index）这样的简单访问器。 pop_back和pop_front等方法也不会返回列表中的对象。所以你必须做类似的事情：

Object blah = myList.back();
myList.pop_back();

而不是简单的事情： Object blah = myList.pop_back();

在Java中，几乎每个数据结构都返回对象，因此您不必进行额外的调用。为什么C ++的STL容器设计如此？像Java这样的常见操作在C ++中不常见吗？

编辑：对不起，我想我的问题措辞很差，以获得所有这些downvotes，但肯定有人可以编辑它。为了澄清，我想知道为什么与Java相比，这样创建STL数据结构。或者我开始使用错误的数据结构集？我的观点是，这些似乎是您可能在（在我的示例中）列表中使用的常见操作，当然每个人都不想每次都编写自己的实现。

编辑：将问题重新编写为更清晰。

Answer 1

很多人已经回答了你提出的具体问题，所以我会尝试在更大的范围内寻找一下。

Java和C ++之间必须存在的基本区别之一是C ++主要使用值，而Java主要使用引用。

例如，如果我有类似的东西：

class X {
    // ...
};

// ...
X x;

在Java中，x只是对类型为X的对象的引用。要拥有类型为X的实际对象供其引用，我通常会有类似于：X x = new X;。但是，在C ++中，X x;本身定义了X类型的对象，而不仅仅是对象的引用。我们可以直接使用该对象，而不是通过引用（即伪装的指针）。

尽管这最初看起来似乎是一个相当微不足道的差异，但效果却是巨大而且无处不在。一种效果（在这种情况下可能是最重要的）是在Java中，返回值而不是涉及复制对象本身。它只涉及复制对值的引用。这通常被认为是非常便宜的（可能更重要的是）完全安全 - 它永远不会抛出异常。

在C ++中，您直接处理值。当您返回一个对象时，您不仅仅是返回对现有对象的引用，而是返回该对象的值，通常是该对象状态的副本。当然，如果你愿意，也可以返回一个引用（或指针），但为了实现这一点，你必须明确它。

标准容器（如果有的话）更倾向于使用值而不是引用。当您向集合添加值时，添加的内容是您传递的值的副本，当您返回某些内容时，您将获得容器本身值的副本。

除此之外，这意味着虽然返回值可能就像在Java中一样便宜且安全，但它也可能很昂贵和/或抛出异常。如果程序员想要来存储指针，他/她当然可以这样做 - 但语言并不像Java那样需要。由于返回一个对象可能昂贵和/或抛出，标准库中的容器通常构建，以确保它们在复制成本高昂时能够合理地工作，并且（更多）重要的是）正常工作，即使/如果复制引发异常。

这种设计的基本差异不仅考虑了你所指出的差异，还考虑了不同的差异。

Answer 2

back()返回对向量的最后一个元素的引用，这使得它几乎可以自由调用。 pop_back()调用向量的最后一个元素的析构函数。

很明显pop_back()无法返回对被销毁元素的引用。因此，为了使您的语法有效，pop_back()必须在元素被销毁之前返回该元素的副本。

现在，在你不想要那份副本的情况下，我们只是不必要地复制了一份。

C ++标准容器的目标是为您提供近乎裸露的金属性能，包裹在漂亮，易于使用的敷料中。在大多数情况下，它们不会牺牲性能以方便使用 - 并且返回最后一个元素副本的pop_back()将牺牲性能以便于使用。

可能有一个pop-and-get-back方法，但它会复制其他功能。而且在许多情况下效率低于反弹。

作为一个具体的例子，

vector<foo> vec; // with some data in it
foo f = std::move( vec.back() ); // tells the compiler that the copy in vec is going away
vec.pop_back(); // removes the last element

请注意，必须在元素被销毁之前完成移动以避免创建额外的临时副本... pop_back_and_get_value()必须在返回之前销毁该元素，并且在返回后将进行分配，这很浪费。

Answer 3

列表没有get（index）方法，因为按索引访问链表是非常低效的。 STL的理念是只提供可以有效实施的方法。如果您希望尽管效率低下，仍然可以通过索引访问列表，那么您自己很容易实现。

pop_back不返回副本的原因是函数返回后将调用返回值的复制构造函数（不包括RVO / NRVO）。如果此复制构造函数抛出异常，则表示您已从列表中删除该项，而未正确返回副本。这意味着该方法不会是异常安全的。通过分离这两个操作，STL鼓励以异常安全的方式进行编程。

Answer 4

为什么C ++的STL容器设计得像这样？

我认为Bjarne Stroustrup put it best：

C ++精益求精。基本原则是你不付钱对于你不使用的东西。

如果pop()方法将返回该项，请考虑为了同时删除该项并将其返回，该项无法通过引用返回。指称对象不再存在，因为它只是pop()。它可以通过指针返回，但只有在您制作原始的new副本时才会返回，这很浪费。因此很可能会返回值有可能进行深层复制的值。在许多情况下，它不会进行深层复制（通过复制省略），而在其他情况下，深层复制将是微不足道的。但在某些情况下，例如大缓冲区，这种复制可能非常昂贵，而且在一些情况下，例如资源锁，甚至可能是不可能的。

C ++旨在用于通用目的，并且旨在尽可能快。通用并不一定意味着“易于用于简单的用例”，而是“适用于最广泛应用的适当平台”。

Answer 5

关于类似pop()的函数，有两件事（至少）需要考虑：

1）对于没有任何内容可以返回的情况，返回pop_back()或pop_front()没有明确而安全的操作。

2）这些函数将按值返回。如果在容器中存储的类型的复制构造函数中抛出异常，则该项将从容器中删除并丢失。我想这被认为是不可取的和不安全的。

关于访问列表，标准库的一般设计原则是不避免提供低效的操作。 std::list是一个双链表，按索引访问列表元素意味着从开头或结尾遍历列表，直到到达所需位置。如果您想这样做，您可以提供自己的帮助功能。但是如果你需要随机访问元素，那么你应该使用列表以外的结构。

Answer 6

list甚至没有像get（index）
这样的简单访问器

为什么要这样？允许您从list访问第n个元素的方法会隐藏操作的O(n)的复杂性，这就是C ++不提供它的原因。出于同样的原因，C ++的std::vector不提供pop_front()函数，因为该函数的大小也是O(N)。

pop_back和pop_front等方法也不会返回列表中的对象。

The reason is exception safety.此外，由于C ++具有自由函数，因此对std::list或任何标准容器的操作编写这样的扩展并不困难。

template<class Cont>
typename Cont::value_type return_pop_back(Cont& c){
  typename Cont::value_type v = c.back();
  c.pop_back();
  return v;
}

应该注意的是，上述函数不是异常安全的，这意味着如果return v;抛出，你将有一个更改的容器和一个丢失的对象。

Answer 7

在Java中，通用接口的pop可以返回对弹出对象的引用。

在C ++中返回相应的东西是按值返回。

但是对于不可移动的非POD对象，复制构造可能会引发异常。然后，一个元素将被删除，但尚未被客户端代码访问。一个方便的按值返回popper总是可以用更基本的检查器和纯popper来定义，但不是反之亦然。

这也是哲学上的差异。

使用C ++，标准库仅提供基本构建块，而不是直接可用的功能（通常）。这个想法是你可以从成千上万的第三方库中自由选择，但是在可用性，可移植性，培训等方面，选择的自由是成本。相比之下，使用Java你在标准库中大部分都需要（对于典型的Java编程），但是你无法自由选择（这是另一种成本）。

与Java相比，C ++ STL数据结构

7 个答案: