STLコンテナ | Programming Place Plus　C++編【標準ライブラリ】　第４章

この章の概要 🔗

この章の概要です。

• コンテナ
• コンテナの分類
• 共通機能
• 要素に求める要件
• Ｃ言語の配列
• 練習問題
• 参考リンク
• 更新履歴

コンテナ 🔗

コンテナ^📘（あるいはSTLコンテナ）は、データの集まり（コレクション）を管理するクラステンプレート^📘（【言語解説】第２０章）で、以下のものがあります。

basic_string はやや毛色が違うかもしれませんが、文字の集まりを管理しているコンテナとみなせます。

また、これらのコンテナを内部的に使って実装されるクラステンプレートがあります。これらはコンテナアダプタと呼ばれています。

さらに、STL におけるコンテナの要件は満たしていないものの、データの集まりという意味では共通なクラステンプレートがあります。

以上のコンテナ、およびそれに類するクラステンプレート達は、C++プログラミングを楽にする非常に実用度の高い機能群です（最後の valarray だけはかなり特殊なので、例外的に実用度は低いと言えます）。

コンテナの分類 🔗

コンテナは大きく分けると、シーケンスコンテナと連想コンテナに分類されます。

シーケンスコンテナは、要素が追加時の順序を保って管理されるタイプです。つまり、直線的に要素が並んでいるイメージになります。このタイプには、vector、list、deque、basic_string が該当します。

連想コンテナは、要素が追加時の順序を保たずに管理されるタイプです。言い換えると、要素は直線的に並んでおらず、たとえばソート^📘された状態で管理されます。このタイプには、set、multiset、map、multimap が該当します。

もちろんこれらの分類は、どちらが優れているとかいうことではなく、単に特徴によって分類しただけです。

共通機能 🔗

すべてのコンテナに共通の機能がいくつかあります。

まず、必ず以下の３タイプのコンストラクタを持ちます。以下、「Container」は任意のコンテナの型名が入ります。

Container c;                   // デフォルトコンストラクタ。空のコンテナを生成
Container c1(c2);              // コピーコンストラクタ。他のコンテナをコピー
Container c(itBegin, itEnd);   // 他のコンテナのある範囲をコピーして生成

c2 は c1 と同じ種類の別のコンテナです。

itBegin、itEnd はそれぞれイテレータ^📘（第１４章）で、コンテナ内の要素を指しています。２つのイテレータによって、コンテナ内の範囲を表現しています。たとえば、イテレータは配列に対しても使えるため、配列の要素を使ってコンテナを初期化できます。

int array[ARRAY_SIZE] = { 7, 5, 9, 2, 8 };
Container c(array, array + ARRAY_SIZE);

デストラクタ^📘も定義されています。これは、コンテナの内部で確保されたすべてのメモリを解放^📘します。このおかげで、コンテナを使っていれば、メモリの解放忘れの可能性を大きく減らせます。

代入演算子が定義されており、同種のコンテナをコピーできます。

Container c1, c2;
c1 = c2;

２つのコンテナ間で、格納しているデータを交換する swapメンバ関数が定義されています。また、std名前空間内にクラスに属さない通常の関数として swap関数（詳細は第１５章を参照）が定義されており、コンテナ同士の交換に使用できます。

Container c1, c2;

c1.swap(c2);
std::swap(c1, c2);

この例で、c2 はもう必要ないとすると「c1 = c2;」のように代入してしまうと、コンテナ全体のコピーが行われるので、処理効率は良くありません。swap の場合、コンテナ内部のデータを参照するポインタの交換だけで済むように実装されており、非常に効率的です。

コンテナに格納されている要素の数を、sizeメンバ関数で、コンテナに格納可能な要素の最大数を、max_sizeメンバ関数で取得できます。これらの関数の戻り値の型は「Container::size_type」で、各コンテナに typedef として用意されています。

また、コンテナが空かどうかは、emptyメンバ関数で調べることもできます。空かどうかを調べる場合は、sizeメンバ関数よりも emptyメンバ関数を使う方が効率的なことがあるので、優先的に emptyメンバ関数を使ってください。

たとえば、C++03 の list では、sizeメンバ関数が連結リストをたどって要素数をカウントして返す実装をしている可能性があり、この場合、かなり非効率になり得ます。ただし、C++11 では sizeメンバ関数をこのように実装することが事実上禁止されており、emptyメンバ関数との効率の差は無くなりました。

Container c;

Container::size_type size = c.size();
Container::size_type maxSize = c.max_size();
bool isEmpty = c.empty();

コンテナ内の要素は、clearメンバ関数を使ってまとめて削除できます。

Container c;

c.clear();
assert(c.empty());  // clearメンバ関数の呼び出し直後は、emptyメンバ関数は必ず真を返す

イテレータを取得するための４つのメンバ関数が定義されています。最初の要素を示すイテレータを返す beginメンバ関数、最後の要素の次を示すイテレータを返す endメンバ関数、逆方向に走査する際の最初の要素を示す逆イテレータを返す rbeginメンバ関数、逆方向に走査する際の最後の要素の次を示す逆イテレータを返す rendメンバ関数です。

イテレータについては、（第１４章）であらためて取り上げます。

コンテナへ要素を挿入するために insertメンバ関数が定義されています。

コンテナは、要素のコピーを管理することに注意してください。たとえば、

Container c;

void func()
{
    int value = 10;
    c.insert(c.begin(), value);  // c の先頭に value のコピーを挿入
}

このようなプログラムを書いたとき、変数value はローカル変数ですが、コンテナ c にはコピーが格納されているので、func関数を抜け出しても問題なく参照し続けられます。

コンテナから要素を削除するために eraseメンバ関数が定義されています。これは、イテレータを使って、ある範囲内の要素をまとめて削除できるようになっています。

コンテナがメモリを確保するために使用するアロケータを取得する get_allocatorメンバ関数が定義されています。アロケータについては、第３２章で取り上げます。

比較用に、==、!=、<、<=、>、>= がそれぞれオーバーロード^📘されています。比較できるのは、型が同じコンテナ同士の場合に限られます。

要素に求める要件 🔗

コンテナの要素には、一定の要件を満たすことが求められます。

まず、コンテナの要素は、コンテナの外部からコピーされて管理されるため、少なくともコピーができなければなりません。具体的には、コピーコンストラクタと代入演算子 (==演算子) が「公開」されている必要があります。

また、コピー操作によって、コピー元とコピー先が正確に等しくならなければなりません。これは当たり前のように思えますが、コピーコンストラクタや代入演算子の実装によっては、等しくならない可能性があるので注意が必要です。

たとえば、std::auto_ptr（第１５章）は、コピー操作によってコピー元が破壊される特殊な実装になっています。そのため、コンテナの要素としては不適格です。実際、使おうとするとコンパイルエラーになるはずです。

また、コンテナの要素を破棄するために、デストラクタが「公開」されていなければなりません。

Ｃ言語の配列 🔗

Ｃ言語の配列も、データの集まりであるという点ではコンテナの一種といえますが、STL のコンテナとしては要件を満たしていません。そもそも、配列はクラスではないため、STLコンテナに共通のメンバ関数も使えません。

STLコンテナではないものの、STL の構成要素の１つである STLアルゴリズム（第１８章）は適用できるようになっています。また、もう１つの構成要素であるイテレータ（第１４章）を利用することも考慮されています。つまり、STL は配列のことを無視しているわけではありません。

練習問題 🔗

この章の内容はあまり具体的でないので、練習問題はありません。

参考リンク 🔗

• C++03とC++11の違い： コンテナーライブラリー編（本の虫）
• Programming Place Plus　C++編　参考書籍
  • 当サイトの参考書籍一覧ページ。C++ に関する書籍を多数紹介。
• Programming Place Plus　C++編　リンク集
  • 当サイトの参考Webサイト集。C++ の全般的な学習に有益なサイトを紹介。

更新履歴 🔗

• ’2021/9/30
  • C++11 に関する記述を削除（C++11 は新C++編で対応する）
• ’2018/2/22
  • 「サイズ」という表記について表現を統一。 型のサイズ（バイト数）を表しているところは「大きさ」、要素数を表しているところは「要素数」。
• ’2016/5/7
  • 「コンテナの分類」での表現方法を修正。
• ’2014/11/9
  • 新規作成。

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