STL容器

STL的容器可以分为以下几个大类:
一:序列容器, 有vector, list, deque, string.

二 : 关联容器,     有set, multiset, map, mulmap, hash_set, hash_map, hash_multiset, hash_multimap

三: 其他的杂项: stack, queue, valarray, bitset

 

STL各个容器的实现:

(1) vector
内部数据结构:数组。
随机访问每个元素,所需要的时间为常量。
在末尾增加或删除元素所需时间与元素数目无关,在中间或开头增加或删除元素所需时间随元素数目呈线性变化。
可动态增加或减少元素,内存管理自动完成,但程序员可以使用reserve()成员函数来管理内存。
vector的迭代器在内存重新分配时将失效(它所指向的元素在该操作的前后不再相同)。当把超过capacity()-size()个元素插入vector中时,内存会重新分配,所有的迭代器都将失效;否则,指向当前元素以后的任何元素的迭代器都将失效。当删除元素时,指向被删除元素以后的任何元素的迭代器都将失效。

(2)deque
内部数据结构:数组。
随机访问每个元素,所需要的时间为常量。
在开头和末尾增加元素所需时间与元素数目无关,在中间增加或删除元素所需时间随元素数目呈线性变化。
可动态增加或减少元素,内存管理自动完成,不提供用于内存管理的成员函数。
增加任何元素都将使deque的迭代器失效。在deque的中间删除元素将使迭代器失效。在deque的头或尾删除元素时,只有指向该元素的迭代器失效。

(3)list
内部数据结构:双向环状链表。
不能随机访问一个元素。
可双向遍历。
在开头、末尾和中间任何地方增加或删除元素所需时间都为常量。
可动态增加或减少元素,内存管理自动完成。
增加任何元素都不会使迭代器失效。删除元素时,除了指向当前被删除元素的迭代器外,其它迭代器都不会失效。

(4)slist
内部数据结构:单向链表。
不可双向遍历,只能从前到后地遍历。
其它的特性同list相似。

(5)stack
适配器,它可以将任意类型的序列容器转换为一个堆栈,一般使用deque作为支持的序列容器。
元素只能后进先出(LIFO)。
不能遍历整个stack。

(6)queue
适配器,它可以将任意类型的序列容器转换为一个队列,一般使用deque作为支持的序列容器。
元素只能先进先出(FIFO)。
不能遍历整个queue。

(7)priority_queue
适配器,它可以将任意类型的序列容器转换为一个优先级队列,一般使用vector作为底层存储方式。
只能访问第一个元素,不能遍历整个priority_queue。
第一个元素始终是优先级最高的一个元素。

(8)set
键和值相等。
键唯一。
元素默认按升序排列。
如果迭代器所指向的元素被删除,则该迭代器失效。其它任何增加、删除元素的操作都不会使迭代器失效。

(9)multiset
键可以不唯一。
其它特点与set相同。

(10)hash_set
与set相比较,它里面的元素不一定是经过排序的,而是按照所用的hash函数分派的,它能提供更快的搜索速度(当然跟hash函数有关)。
其它特点与set相同。

(11)hash_multiset
键可以不唯一。
其它特点与hash_set相同。

(12)map
键唯一。
元素默认按键的升序排列。
如果迭代器所指向的元素被删除,则该迭代器失效。其它任何增加、删除元素的操作都不会使迭代器失效。

(13)multimap
键可以不唯一。
其它特点与map相同。

(14)hash_map
与map相比较,它里面的元素不一定是按键值排序的,而是按照所用的hash函数分派的,它能提供更快的搜索速度(当然也跟hash函数有关)。
其它特点与map相同。

(15)hash_multimap
键可以不唯一。
其它特点与hash_map相同

<think>首先,用户的问题是:“我想了解或学习C++ STL容器的使用和特性 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、使用方法和特性。 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)和性能特点。 - [^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、初始化和使用这些容器,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,用于存储和管理数据。容器STL的核心组件之一,与算法和迭代器无缝集成[^1]。下面我将从容器类型、使用方法和特性三个方面,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:序列容器和关联容器。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,影响其性能和适用场景。 #### 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、访问和遍历。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 // 查找和遍历 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:需键值对映射和快速查找的场景,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()` 和 `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)` 和 `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和泛型编程能力,是现代C++高效开发的基础。结合算法(如 `sort`)和迭代器,可实现复杂数据处理[^1]。
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