STL容器

C++容器详解:vector至multiset的特性与操作

1.vector单端动态容器

有随机访问迭代器,vector<类型>::iterator it,可以通过it+n的方式访问其他元素

vector有“未雨绸缪机制”,即capacity容量要比size要大,每次当size要大于capacity时,它会另外开辟一块空间,并将原有的数据全部移植到新的空间去,这也会造成原来的迭代器失效。

常见API

v.begin()返回容器起始迭代器位置

v.push_back(类型数据);插入

v.pop_back(类型数据);删除

v.insert(迭代器,插入个数,插入数据)

v.erase(迭代器,迭代器)删除两个迭代器之间的元素

v.clear()删除所有元素        

运用sort(迭代器,迭代器)可以对vector中迭代器区间 进行排序

如果要自定义自己的排序规则,则写再写一个比较函数

若要用仿函数写法,则需要再写一个类,并重载()运算符

 仿函数:在类中重载了小括号运算符,致使“类名()”的写法酷似函数

2.deque双端容器

有随机迭代器

d.push_front(类型数据);插入头部

d.push_back(类型数据);插入尾部

deque容器不像vector容器,需要将数据全部储存在一块连续的空间,而是像链表一样开辟多断空间进行储存,因此不会出现迭代器访问失效

3.stack堆栈容器

没有迭代器,只能用top()来访问末尾元素,插入也只能从尾插入

4.queue队列容器

没有迭代器,只能通过front()、back()访问队列头和尾,插入也只能从尾插入

5.list链表容器

有双向访问迭代器,不能像随机访问迭代器一样,通过+n和-n的写法来访问前后元素,但可以通过it++/--的方式来访问相邻元素

用insert(迭代器,位置,数据)会将数据插入到”位置“中去 ,原先“位置”及"位置“之后的元素会向后移        

list不能用系统的sort,但有自己的sort

l.remove()删除自定义类型时,需要重载==运算符,返回值为Bool

同理,如果对自定义类型进行sort,也需要重载运算符<

如果要自定义排序规则,则写l.sort(my_sort),并定义函数bool my_sort()

若要从大到小排,则将<改为>

6.set容器

默认从小打大自动排序,若想实现从大到小排序,则需要写仿函数

用set对自定义数据类型排序,需要重载<运算符

键值key就是实值,且键值不允许相同

系统内部以二叉树形式储存

有只读迭代器,容器的键值一经插入不可修改

equal_range的返回是pair,接收时需要使用pair(迭代器,迭代器)p来接收

7.multiset容器

在set容器的基础上允许键值相同,即可以储存多个相同的数值

                     

<think>首先,用户的问题是:“我想了解或学习C++ STL容器的使用特性 请问C++ STL 容器类型 使用方法 特性”。用户想了解C++ STL容器的类型、使用方法特性。 根据系统级指令: - 所有行内数学表达式必须使用$...$格式。 - 独立公式必须使用$$...$$格式并单独成段。 - LaTeX语法正确。 - 使用中文回答。 - 生成相关问题。 - 在回答中引用的段落末尾自然地添加引用标识,例如[^1]。 - 回答结构清晰,帮助用户逐步解决问题。 - 保证回答真实可靠。 参考的引用: - [^1]: 介绍了STL的基本概念、六大组件(容器、算法、迭代器、仿函数、适配器、空间配置器)。 - [^2]: 讨论了vector容器的动态分配特性。 - [^3]: 提到了map容器的内部实现(红黑树)性能特点。 - [^4]: 提供了容器操作如size(), empty(), count(), lower_bound(), upper_bound(), begin(), end()。 我需要构建一个清晰的回答结构: 1. **介绍STL容器**:简要解释什么是STL容器及其在STL中的角色。 2. **主要容器类型**:列出并描述常见的STL容器类型(如vector, list, deque, set, map等)。 3. **使用方法**:解释如何声明、初始化使用这些容器,包括常见操作。 4. **特性**:讨论每个容器的特性,如性能、内存管理等。 5. **生成相关问题**:在最后添加相关问题。 使用中文回答,并确保内容真实可靠。 结构大纲: - **引言**:介绍STL容器。 - **容器类型分类**:将容器分为序列容器、关联容器等。 - **详细容器描述**:为每个主要容器提供: - 类型 - 使用方法(代码示例) - 特性 - **总结**:简要总结。 - **相关问题**:生成几个相关问题。 在引用时,自然地添加引用标识。例如,如果提到vector的动态分配,引用[^2]。 LaTeX:如果涉及数学表达式,如时间复杂度,使用$...$或$$...$$。例如,时间复杂度$O(1)$。 代码示例:使用代码块展示使用方法。 最终,添加相关问题。</think>### C++ STL 容器使用与特性详解 C++ STL(Standard Template Library)提供了一系列高效、可重用的容器类,用于存储管理数据。容器STL的核心组件之一,与算法迭代器无缝集成[^1]。下面我将从容器类型、使用方法特性三个方面,逐步介绍STL容器,确保内容清晰可靠。 #### 1. **STL容器类型概述** STL容器分为两大类:序列容器关联容器。序列容器强调元素的顺序存储,关联容器则基于键值对存储以实现快速查找。常用容器包括: - **序列容器**:`vector`、`list`、`deque`。 - **关联容器**:`set`、`map`、`multiset`、`multimap`。 - **其他容器**:`stack`、`queue`(适配器容器)。 每个容器都基于特定数据结构实现,影响其性能适用场景。 #### 2. **容器使用方法** 容器使用需包含头文件(如`<vector>`),并通过模板类声明。常用操作包括插入、删除、访问遍历。以下以典型容器为例,展示基本用法(代码示例使用C++语法)。 - **vector(动态数组)** 使用方法: ```cpp #include <vector> #include <iostream> int main() { std::vector<int> vec; // 声明一个int类型的vector vec.push_back(10); // 尾部插入元素 vec.push_back(20); vec.pop_back(); // 删除尾部元素 std::cout << "第一个元素: " << vec[0] << std::endl; // 随机访问 // 遍历 for (auto it = vec.begin(); it != vec.end(); ++it) { std::cout << *it << " "; } return 0; } ``` 特性: - 动态数组,内存连续,支持随机访问(时间复杂度$O(1)$)。 - 添加元素时可能触发内存重新分配(默认分配额外空间,如初始32个元素大小),尾部插入平均$O(1)$,头部插入$O(n)$[^2]。 - 适用场景:频繁随机访问、尾部操作,但避免在中间插入。 - **map(键值对容器)** 使用方法: ```cpp #include <map> #include <iostream> int main() { std::map<std::string, int> myMap; // 声明键为string、值为int的map myMap["apple"] = 5; // 插入键值对 myMap.insert(std::make_pair("banana", 3)); myMap.erase("apple"); // 删除键 // 查找遍历 auto it = myMap.find("banana"); if (it != myMap.end()) { std::cout << "值: " << it->second << std::endl; } return 0; } ``` 特性: - 基于红黑树实现,元素自动排序(键唯一),查找、插入、删除时间复杂度均为$O(\log n)$[^3]。 - 每个节点占用额外内存(约16字节,用于树结构),空间开销较大。 - 适用场景:需键值对映射快速查找的场景,如字典或配置管理。 - **set(唯一元素集合)** 使用方法: ```cpp #include <set> int main() { std::set<int> mySet; mySet.insert(30); mySet.insert(10); mySet.erase(10); // 删除元素 // 使用迭代器遍历 for (auto elem : mySet) { std::cout << elem << " "; } return 0; } ``` 特性: - 类似map,但只存储键,元素唯一且有序。 - 时间复杂度与map相同,为$O(\log n)$[^4]。 - **list(双向链表)** 使用方法: ```cpp #include <list> int main() { std::list<int> myList; myList.push_back(1); // 尾部插入 myList.push_front(2); // 头部插入 myList.pop_front(); // 删除头部 return 0; } ``` 特性: - 链表结构,插入/删除任意位置$O(1)$,但访问$O(n)$。 - 无连续内存,适合频繁插入删除的场景。 #### 3. **通用特性与操作** 所有STL容器共享一些通用操作: - **大小管理**:`size()` 返回元素数量,`empty()` 检查是否为空。 - **迭代器访问**:`begin()` `end()` 提供迭代器用于遍历。 - **查找操作**:关联容器支持 `find(key)`、`count(elem)`(返回元素出现次数),以及 `lower_bound(elem)` `upper_bound(elem)` 用于范围查询(返回迭代器位置)[^4]。 - **性能特点**: - 序列容器(如vector)在尾部操作高效,关联容器(如map)在查找上占优。 - 时间复杂度总结:随机访问容器vector、deque)为$O(1)$,链表(list)为$O(n)$,树基容器(set、map)为$O(\log n)$。 - **内存管理**:容器自动处理内存,但需注意动态分配的开销(如vector的预分配策略减少重新分配次数)[^2]。 #### 4. **选择容器的建议** - 需要快速随机访问?选 `vector` 或 `deque`。 - 频繁插入删除?选 `list` 或关联容器。 - 需键值对映射?选 `map`。 - 性能关键时,优先使用容器自带函数(如 `map::find` 优于通用算法),以利用内部优化[^3]。 STL容器通过模板提供类型安全性泛型编程能力,是现代C++高效开发的基础。结合算法(如 `sort`)迭代器,可实现复杂数据处理[^1]。
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