史上最全STL常用容器及其底层存储结构总结

各大容器的特点：

1. 可以用下标访问的容器有（既可以插入也可以赋值）：vector、deque、map；

   特别要注意一下，vector和deque如果没有预先指定大小，是不能用下标法插入元素的！

2. 序列式容器才可以在容器初始化的时候制定大小，关联式容器不行；

3. 注意，关联容器的迭代器不支持it+n操作，仅支持it++操作。

序列式容器

vector

当需要使用数组的情况下，可以考虑使用vector

特点：

(1) 一个动态分配的数组(当数组空间内存不足时，都会执行: 分配新空间-复制元素-释放原空间);

(2) 当删除元素时，不会释放限制的空间，所以向量容器的容量(capacity)大于向量容器的大小(size);

(3) 对于删除或插入操作，执行效率不高，越靠后插入或删除执行效率越高;

(4) 高效的随机访问的容器。

(5)底层内存空间连续

(6)扩容机制：当旧的存储空间不够时，扩充一个新的空间，空间大小为原来大小的两倍，复制元素到新的空间，并释放旧空间。

底层存储结构

为数组，所以支持O（1）快速随机访问，插入尾部为O（n）

创建vecotr对象

(1) vector v1;

(2) vector v2(10);

基本操作：

v.capacity(); //容器容量

v.size(); //容器大小

v.at(int idx); //用法和[]运算符相同

v.push_back(); //尾部插入

v.pop_back(); //尾部删除

v.front(); //获取头部元素

v.back(); //获取尾部元素

v.begin(); //头元素的迭代器

v.end(); //尾部元素的迭代器

v.insert(pos,elem); //pos是vector的插入元素的位置

v.insert(pos, n, elem) //在位置pos上插入n个元素elem

v.insert(pos, begin, end);

v.erase(pos); //移除pos位置上的元素，返回下一个数据的位置

v.erase(begin, end); //移除[begin, end)区间的数据，返回下一个元素的位置

reverse(pos1, pos2); //将vector中的pos1~pos2的元素逆序存储

deque

特点：

(1) deque(double-ended queue 双端队列);

(2) 具有分段数组、索引数组, 分段数组是存储数据的，索引数组是存储每段数组的首地址;

(3) 向两端插入元素效率较高！

若向两端插入元素，如果两端的分段数组未满，既可插入;如果两端的分段数组已满，

则创建新的分段函数，并把分段数组的首地址存储到deque容器中即可)。

中间插入元素效率较低！

底层存储结构

底层内存空间不一定连续，通过map（非STL中的map）数组中的指针来管理不同的连续空间。

通过建立 map 数组，deque 容器申请的这些分段的连续空间就能实现“整体连续”的效果。换句话说，当 deque 容器需要在头部或尾部增加存储空间时，它会申请一段新的连续空间，同时在 map 数组的开头或结尾添加指向该空间的指针，由此该空间就串接到了 deque 容器的头部或尾部。

创建deque对象

(1) deque d1;

(2) deque d2(10);

基本操作：

(1) 元素访问：

d[i];

d.at[i];

d.front();

d.back();

d.begin();

d.end();

添加元素：

d.push_back();

d.push_front();

d.insert(pos,elem); //pos是vector的插入元素的位置

d.insert(pos, n, elem) //在位置pos上插入n个元素elem

d.insert(pos, begin, end);

删除元素：

d.pop_back();

d.pop_front();

d.erase(pos); //移除pos位置上的元素，返回下一个数据的位置

d.erase(begin, end); //移除[begin, end)区间的数据，返回下一个元素的位置

list

特点：

(1) 双向链表:故可以高效地进行首尾插入删除元素。（2）中间删除元素效率低

底层数据结构

是一个双向链表（每个节点有指向前驱和指向后继的两个指针）。

创建对象：

list L1；

list L2(10);

基本操作：

(1) 元素访问：

lt.front();

lt.back();

lt.begin();

lt.end();

(2) 添加元素：

lt.push_back();

lt.push_front();

lt.insert(pos, elem);

lt.insert(pos, n , elem);

lt.insert(pos, begin, end);

lt.pop_back();

lt.pop_front();

lt.erase(begin, end);

lt.erase(elem);

(3)sort()函数、merge()函数、splice()函数：

sort()函数就是对list中的元素进行排序;

merge()函数的功能是：将两个容器合并，合并成功后会按从小到大的顺序排列;

比如：lt1.merge(lt2); lt1容器中的元素全都合并到容器lt2中。

splice()函数的功能是：可以指定合并位置，但是不能自动排序！

关联式容器

1. 特点：
   (1) 关联式容器都是有序的，升序排列，自动排序;

(2) 实现的是一个平衡二叉树，每个元素都有一个父节点和两个子节点，

左子树的所有元素都比自己小，右子树的所有元素都比自己大;

set

特点：

构造set集合的主要目的是为了快速检索,去重与排序

(1)使用红黑树实现，其内部元素依据其值自动排序，每个元素值只能出现一次（multiset），不允许重复。

(2)每次插入值的时候，都需要调整红黑树，效率有一定影响。（缺点）

(3)map 和 set 的插入或删除效率比用其他序列容器高，因为对于关联容器来说，不需要做内存拷贝和内存移动。（优点）

总结：由红黑树实现，其内部元素依据其值自动排序，每个元素值只能出现一次，不允许重复，且插入和删除效率比用其他序列容器高。

底层数据结构

红黑树（弱平衡二叉搜索树），但采用二分查找法故搜索高效。

创建对象

• set<T> s
• set<T, op(比较结构体)> s; //op为排序规则，默认规则是less< T >(升序排列)，或者是greater< T >(降序规则)。
• 结构体类型（struct ）的set ，使用时必须要重载 ‘<’ 运算符

#include<iostream>
#include<set>
#include<string>
using namespace std;
struct Info
{
   
    string name;
    double score;
    bool operator < (const Info &a) const // 重载“<”操作符，自定义排序规则
    {
   
        //按score由大到小排序。如果要由小到大排序，使用“>”即可。
        return a.score < score;
    }
};
int main()
{
   
    set<Info> s;
    Info info;

    //插入三个元素
    info.name = "Jack";
    info.score = 80;
    s.insert(info);
    info.name = "Tom";
    info.score =