STL 常见容器

本文深入解析了C++中几种常见容器:vector、deque、list、stack与queue的基本使用方法及特性。通过示例代码展示了如何在不同场景下灵活运用这些容器,包括插入、删除、访问元素等操作。

摘要生成于 C知道 ,由 DeepSeek-R1 满血版支持, 前往体验 >

vector:

是一种在结尾处高效插入、删除的容器,本质上是一个动态数组,可以自动维护数组的空间分配。它也允许在开头和中间插入、删除数据,但是效率极低。

<span style="font-size:10px;">#include <iostream>
#include <vector>
#include <string>
using namespace std;

void main(){
	vector<string> str_vec; //创建一个空的vector
	cout<<str_vec.size()<<endl;  // 0  包含0个元素
	cout<<str_vec.capacity()<<endl; //0  预分配0个元素的内存空间

	/*
	-----------------------------------------------------------------------------
	透过push_back在尾部插入元素
	-----------------------------------------------------------------------------
	*/
	str_vec.push_back("yao ming");
	cout<<str_vec.size()<<endl;  // 1  包含0个元素
	cout<<str_vec.capacity()<<endl; //1  预分配1个元素的内存空间

	str_vec.push_back("wang zhi zhi");
	cout<<str_vec.size()<<endl;  // 2  包含0个元素
	cout<<str_vec.capacity()<<endl; //2  预分配2个元素的内存空间

	str_vec.push_back("yi jian lian");
	cout<<str_vec.size()<<endl;  // 3  包含0个元素
	cout<<str_vec.capacity()<<endl; //3  预分配3个元素的内存空间

	str_vec.push_back("liu wei");
	cout<<str_vec.size()<<endl;  // 4  包含0个元素
	cout<<str_vec.capacity()<<endl; //4  预分配4个元素的内存空间

	str_vec.push_back("zhu fang yu");
	cout<<str_vec.size()<<endl;  // 5  包含0个元素
	cout<<str_vec.capacity()<<endl; //6  预分配6个元素的内存空间,所以capacity的值>=size的值。
	//现在vector中有6个元素:依次为"yao ming" ,"wang zhi zhi" ,"yi jian lian" ,"liu wei" ,"zhu fang yu"


	/*
	---------------------------------------------------------------------------------
	通过下标来访问vector中的元素
	size_type是一个无符号整数,主要是为了可移植性,由于机器的环境,它的长度有可能不同
	---------------------------------------------------------------------------------
	*/
	for(vector<string>::size_type i = 0 ; i< str_vec.size() ; i++){  
		cout<<str_vec[i]<<endl;
	}

	/*
	------------------------------------------------------------------------------------------------
	通过迭代器来访问,迭代器类似指针,通过begin获得第一个元素,通过end获得最后一个元素的下一个位置。
	vector支持迭代器的加、减操作来改变指向。
	上面的迭代器是可读可写迭代器,还有一种const_iterator是只读迭代器,通过cbegin获得第一个元素,通过
	cend获得最后一个元素的下一个位置。
	-----------------------------------------------------------------------------------------------
	*/
	vector<string>::iterator h  = str_vec.begin();
	for(; h!=str_vec.end() ;h++){
		cout<<*h<<endl;
	}

// 	vector<string>::const_iterator h  = str_vec.cbegin();
// 	for(; h!=str_vec.cend() ;h++){
// 		cout<<*h<<endl;
// 	}

	/*
	---------------------------------------------------------------------------------
	insert在指定位置插入元素
	---------------------------------------------------------------------------------
	*/
	h = str_vec.begin();
	h = h + 2; //指向第三个元素
	str_vec.insert(h , "jordan");  //在第三个元素位置,插入“jordan”
	h  = str_vec.begin();
	
	/*
	--------------------------------------------------------------------------------------
	pop_back删除末尾元素
	--------------------------------------------------------------------------------------
	*/
	str_vec.pop_back();

	/*
	--------------------------------------------------------------------------------------
	erase删除指定位置或指定范围的元素
	--------------------------------------------------------------------------------------
	*/
	h = str_vec.begin();
	h=h+2; //指向第三个元素
	str_vec.erase(h); //删除第三个元素
	//str_vec.erase(h,h+2); //删除h元素到h+2之前的元素

	/*
	--------------------------------------------------------------------------------------
	clear删除所有元素
	--------------------------------------------------------------------------------------
	*/
	str_vec.clear();
}</span>


deque:  

与vector唯一的不同是,deque 支持高效的首部和尾部的插入删除。所以多了一下2个函数,其他类似

<span style="font-size:10px;">deque<T> b;  //定义一个deque对象,存储T类型数据
b.push_front(T c); //将C元素插入首部
b.pop_front(); //删除首部元素</span>


list:

双向链表,非顺序存储,不支持通过下标读取元素、不支持跨元素读写元素、没有capacity();

//插入元素
list<T> a;
a.push_back(T b);
a.push_front(T b);
a.insert( 指定位置 ,数值 );
a.remove(值);
a.erase(指定位置);

stack:

stack<int> s1;
stack<string> s2;
stack 的基本操作有:
入栈,如例:s.push(x);
出栈,如例:s.pop();注意,出栈操作只是删除栈顶元素,并不返回该元素。
访问栈顶,如例:s.top()
判断栈空,如例:s.empty(),当栈空时,返回true。
访问栈中的元素个数,如例:s.size()。


queue:

定义queue 对象的示例代码如下:
queue<int> q1;
queue<double> q2;

queue 的基本操作有:
入队,如例:q.push(x); 将x 接到队列的末端。
出队,如例:q.pop(); 弹出队列的第一个元素,注意,并不会返回被弹出元素的值。
访问队首元素,如例:q.front(),即最早被压入队列的元素。
访问队尾元素,如例:q.back(),即最后被压入队列的元素。
判断队列空,如例:q.empty(),当队列空时,返回true。
访问队列中的元素个数,如例:q.size()


find函数:

//从迭代器First开始到Last,查找第一个值为Value的元素,并返回该元素的迭代器。若没有查找到则返回Last
InputIterator find (InputIterator First , InputIterator Last ,const T & Value); 


### STL 常见容器的实现原理 STL 是 C++ Standard Template Library 的缩写,提供了多种高效的数据结构和算法模板。下面详细介绍几个常见STL 容器——`vector`、`map` 和 `set` 的内部实现原理。 --- #### 1. **Vector 的实现原理** `vector` 是一种动态数组,属于序列式容器。它的主要特点是支持随机访问,并且在内存中存储的是连续的一块空间[^3]。 - **内存管理**: 当向 `vector` 插入元素时,如果当前容量不足,它会重新分配一块更大的内存区域(通常是原来容量的两倍)。旧数据会被复制到新位置,随后释放原有的内存。 - **性能特点**: - 随机访问非常高效,时间复杂度为 \(O(1)\)[^3]。 - 在尾部插入或删除元素也较为高效,通常也是 \(O(1)\),但在中间插入或删除则需要移动大量元素,时间复杂度可能达到 \(O(n)\)。 代码示例展示 `vector` 动态扩容的过程: ```cpp #include <iostream> #include <vector> int main() { std::vector<int> vec; for (size_t i = 0; i < 10; ++i) { vec.push_back(i); std::cout << "Capacity: " << vec.capacity() << ", Size: " << vec.size() << "\n"; } } ``` --- #### 2. **Map 的实现原理** `map` 是一种关联式容器,键值对按照一定顺序排列,默认使用红黑树作为底层实现[^2]。 - **红黑树特性**: - 红黑树是一种自平衡二叉搜索树,能够保证插入、删除和查找操作的时间复杂度均为 \(O(\log n)\)[^4]。 - 所有节点按键值有序排列,允许快速定位特定键的位置。 - **性能特点**: - 查找、插入和删除操作均具有稳定的对数时间复杂度。 - 不适合频繁更新场景下的高性能需求。 代码示例展示 `map` 的基本用法: ```cpp #include <iostream> #include <map> int main() { std::map<std::string, int> myMap; myMap["apple"] = 5; myMap["banana"] = 7; for (const auto& pair : myMap) { std::cout << pair.first << ": " << pair.second << "\n"; } } ``` --- #### 3. **Set 的实现原理** `set` 同样是关联式容器,主要用于存储唯一的关键字集合,其底层同样基于红黑树实现[^2]。 - **核心功能**: - 自动去重:不允许存在重复关键字。 - 键值有序:所有元素都会被自动排序。 - **性能特点**: - 插入、删除和查找操作的时间复杂度同样是 \(O(\log n)\)[^4]。 - 支持高效的范围查询和迭代操作。 代码示例展示 `set` 的基本用法: ```cpp #include <iostream> #include <set> int main() { std::set<int> mySet = {5, 3, 8, 1}; for (const auto& elem : mySet) { std::cout << elem << " "; } // 输出:1 3 5 8 } ``` --- #### 4. **Unordered Map/Set 的实现原理** 除了基于红黑树的 `map` 和 `set` 外,还有基于哈希表的无序版本——`unordered_map` 和 `unordered_set`[^4]。 - **哈希表特性**: - 使用散列函数将键映射到桶中,从而实现平均意义上的常数时间复杂度 \(O(1)\)。 - 存在碰撞的可能性,需通过链地址法或其他方法解决冲突。 - **性能特点**: - 平均情况下,插入、删除和查找的操作效率更高。 - 缺点是没有按键值排序的功能。 代码示例展示 `unordered_map` 的基本用法: ```cpp #include <iostream> #include <unordered_map> int main() { std::unordered_map<std::string, int> umap; umap["orange"] = 10; umap["grape"] = 15; for (const auto& pair : umap) { std::cout << pair.first << ": " << pair.second << "\n"; } } ``` --- ### 总结 - `vector` 是动态数组,提供高效的随机访问能力,但插入和删除较慢。 - `map` 和 `set` 基于红黑树实现,适用于需要按键值排序并维持稳定对数时间复杂度的应用场景。 - `unordered_map` 和 `unordered_set` 利用哈希表实现,追求更高的插入、删除和查找效率,但不保留任何顺序信息。 这些容器的选择应根据实际应用场景的需求权衡时间和空间开销。 ---
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