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C++ 学习 —— 04 - STL容器

news 2025/11/4 10:16:38

一、STL概述

二、STL容器

2.1 顺序容器

2.1.1 顺序容器简介

2.1.2 array

2.1.3 vector

2.1.4 deque

2.1.5 list

2.2 关联容器

2.2.1 关联容器简介

2.2.2 set

2.2.3 map

2.3 容器适配器

2.3.1 stack（栈）

2.3.2 queue（队列）

一、STL概述

C++ STL（Standard Template Library，标准模板库）是 C++ 标准库中用于管理和存储数据集合的一组模板类。STL 提供了常用的数据结构（如数组、链表、队列、栈、集合、映射等）和算法，极大地提高了 C++ 开发的效率和代码的通用性。

二、STL容器

2.1 顺序容器

2.1.1 顺序容器简介

2.1.2 array

array 可以理解为静态数组，不能动态扩容或缩减。
内存连续，支持高效随机访问。
array 容器元数据（如大小、容量、指向实际数据的指针）存放在栈中，实际存储元素也存放在栈中。

#include <iostream>
#include <array>
#include <algorithm> // sortusing namespace std;int main() {// 1. 定义 arrayarray<int, 5> arr = { 1, 2, 3, 4, 5 };// 2. 访问元素cout << arr[0] << endl;    // 1cout << arr.at(1) << endl; // 2  at()会检查越界cout << arr.front() << endl; // 1  // front() 返回首个元素cout << arr.back() << endl;  // 5  // back() 返回最后元素// 3. size() 获取已存放元素个数cout << arr.size() << endl;  // 5// 4. 遍历for (int i = 0; i < arr.size(); i++) {  // 当然我们也可以用基于范围的 for 循环cout << arr[i] << " ";  // 1 2 3 4 5}cout << endl;// 5. fill() 将 array 所有元素填充为指定元素arr.fill(10);  // 10 10 10 10 10// 6. swap() 交换两个 array 中的元素array<int, 5> arr1 = { 10,20,30,40,50 };arr.swap(arr1);// 7. data() 获取 array 指针int* p = arr.data();for (int i = 0; i < arr.size(); i++) {cout << p[i] << " ";  // 10 20 30 40 50}cout << endl;for (int i = 0; i < arr.size(); i++) {cout << *(p + i) << " ";  // 10 20 30 40 50}cout << endl;// 8. 使用迭代器遍历 // begin() 返回容器第一个元素的迭代器(可以理解为指针)  end() 返回容器最后一个元素(下一个位置)的迭代器(可以理解为指针) it++:向容器后面移动for (auto it = arr.begin(); it != arr.end(); it++) { cout << *it << " ";  // 10 20 30 40 50}cout << endl;// 使用反向迭代器遍历 // rbegin() 返回容器最后第一元素的迭代器(可以理解为指针)  rend() 返回容器第一个元素(上一个位置)的迭代器(可以理解为指针) rit++:向容器前面移动for (auto rit = arr.rbegin(); rit != arr.rend(); rit++) {cout << *rit << " ";  // 50 40 30 20 10}cout << endl;// 9. sort排序array<int, 5> arr2 = { 10,50,20,6,5 };sort(arr2.begin(), arr2.end()); // 5 6 10 20 50// 10. reverse() 逆置reverse(arr2.begin(), arr2.end()); // 50 20 10 6 5return 0;
}

2.1.3 vector

vector 可以理解为动态数组的另一种实现方式，可以动态扩容和缩减。且对尾部的插入删除速度相对较快。
内存连续，支持高效随机访问。
vector 容器元数据（如大小、容量、指向实际数据的指针）存放在栈中，实际存储元素存放在堆中。

注意：vector 在动态扩容时，并不是在原空间之后续接新空间，而是寻找更大的内存空间，将原数据拷贝到新空间中，然后释放原空间。

#include <iostream>
#include <vector>
#include <algorithm> // sort, reverseusing namespace std;int main() {// 1. 定义 vectorvector<int> v1;          // 空 vectorvector<int> v2(5);       // 0 0 0 0 0vector<int> v3(5, 10);   // 10 10 10 10 10vector<int> v4 = { 1,2,3,4,5 };  // 1 2 3 4 5vector<int> v5(v4);      // 1 2 3 4 5  (拷贝构造)// 2. 访问元素cout << v4[0] << endl;     // 1cout << v4.at(1) << endl;  // 2cout << v4.front() << endl; // 1cout << v4.back() << endl;  // 5// 3. size() 获取已存放元素个数  capacity() 获取已分配的空间容量cout << v4.size() << endl;  // 5cout << v4.capacity() << endl;  // 5v4.reserve(100); // // 预留空间cout << v4.capacity() << endl;  // 100// 4. 遍历for (int i = 0; i < v4.size(); i++) {cout << v4[i] << " ";  // 1 2 3 4 5 }cout << endl;// 5. 尾部插入元素  尾部删除元素v4.push_back(6); // 1 2 3 4 5 6v4.pop_back();   // 1 2 3 4 5// 6. 插入元素 删除元素v4.insert(v4.begin(), 0); // 在位置 0 处插入元素 0             0 1 2 3 4 5 v4.insert(v4.begin() + 2, 999);  // 在位置 2 处插入元素 999    0 1 999 2 3 4 5 v4.insert(v4.end(), 6); // 在末尾插入元素 6                    0 1 999 2 3 4 5 6v4.erase(v4.begin()); // 删除位置 0 处的元素                   1 999 2 3 4 5 6v4.erase(v4.begin(), v4.begin() + 2); // 删除范围[0,2)              2 3 4 5 6// 7. swap() 交换两个 vector 中的元素v4.swap(v5);// 8. data() 获取 vector 指针int* p = v4.data();for (int i = 0; i < v4.size(); i++) {cout << p[i] << " ";  // 1 2 3 4 5}cout << endl;for (int i = 0; i < v4.size(); i++) {cout << *(p + i) << " ";  // 1 2 3 4 5}cout << endl;// 9. 使用迭代器遍历 for (auto it = v4.begin(); it != v4.end(); it++) {cout << *it << " ";  // 1 2 3 4 5}cout << endl;// 使用反向迭代器遍历 for (auto rit = v4.rbegin(); rit != v4.rend(); rit++) {cout << *rit << " ";  // 5 4 3 2 1}cout << endl;// 9. sort排序sort(v4.begin(), v4.end()); // 1 2 3 4 5// 10. reverse() 逆置reverse(v4.begin(), v4.end()); // 5 4 3 2 1return 0;
}

2.1.4 deque

相比于 vector，deque 对头部的插入删除速度相对较快。
内存分块管理，支持随机访问。
deque 容器元数据（如大小、容量、指向实际数据的指针）存放在栈中，实际存储元素存放在堆中。

#include <iostream>
#include <deque>
#include <algorithm> // sort, reverseusing namespace std;int main() {// 1. 定义 dequedeque<int> d1;          // 空 dequedeque<int> d2(5);       // 0 0 0 0 0deque<int> d3(5, 10);   // 10 10 10 10 10deque<int> d4 = { 1,2,3,4,5 };  // 1 2 3 4 5deque<int> d5(d4);      // 1 2 3 4 5  (拷贝构造)// 2. 访问元素cout << d4[0] << endl;     // 1cout << d4.at(1) << endl;  // 2cout << d4.front() << endl; // 1cout << d4.back() << endl;  // 5// 3. size() 获取已存放元素个数   注意: deque 没有 capacity() 和 data() 方法, 因为其内存空间不是连续的cout << d4.size() << endl;  // 5// 4. 遍历for (int i = 0; i < d4.size(); i++) {cout << d4[i] << " ";  // 1 2 3 4 5 }cout << endl;// 5. 尾部插入元素  尾部删除元素d4.push_back(6); // 1 2 3 4 5 6d4.pop_back();   // 1 2 3 4 5// 6. 头部插入元素 头部删除元素d4.push_front(0); // 0 1 2 3 4 5d4.pop_front();   // 1 2 3 4 5// 7. 插入元素 删除元素d4.insert(d4.begin(), 0); // 在位置 0 处插入元素 0             0 1 2 3 4 5 d4.insert(d4.begin() + 2, 999);  // 在位置 2 处插入元素 999    0 1 999 2 3 4 5 d4.insert(d4.end(), 6); // 在末尾插入元素 6                    0 1 999 2 3 4 5 6d4.erase(d4.begin()); // 删除位置 0 处的元素                   1 999 2 3 4 5 6d4.erase(d4.begin(), d4.begin() + 2); // 删除范围[0,2)              2 3 4 5 6// 8. swap() 交换两个 deque 中的元素d4.swap(d5);// 9. 使用迭代器遍历 for (auto it = d4.begin(); it != d4.end(); it++) {cout << *it << " ";  // 1 2 3 4 5}cout << endl;// 使用反向迭代器遍历 for (auto rit = d4.rbegin(); rit != d4.rend(); rit++) {cout << *rit << " ";  // 5 4 3 2 1}cout << endl;// 9. sort排序sort(d4.begin(), d4.end()); // 1 2 3 4 5// 10. reverse() 逆置reverse(d4.begin(), d4.end()); // 5 4 3 2 1return 0;
}

2.1.5 list

插入/删除效率高（任何位置），但随机访问慢。
内存分散，占用空间较大（需额外存储前后指针）。
list 容器元数据（如大小、容量、指向实际数据的指针）存放在栈中，实际存储元素存放在堆中。

#include <iostream>
#include <list>
#include <algorithm> // sort, reverseusing namespace std;int main() {// 1. 定义 listlist<int> l1;            // 空 listlist<int> l2(5);         // 5 个元素，默认值 0list<int> l3(5, 10);     // 5 个元素，值为 10list<int> l4 = { 1, 2, 3, 4, 5 }; // 列表初始化list<int> l5(l4);        // 拷贝构造// 2. 访问元素cout << l4.front() << endl; // 1cout << l4.back() << endl;  // 5// 注意：list 不支持 operator[] 或 at()，因为它不是随机访问容器// 3. size() cout << l4.size() << endl;   // 5// 4. 迭代器遍历for (auto it = l4.begin(); it != l4.end(); ++it) {cout << *it << " ";  // 1 2 3 4 5}cout << endl;// 5. 尾部插入/删除l4.push_back(6);  // 1 2 3 4 5 6l4.pop_back();    // 1 2 3 4 5// 6. 头部插入/删除l4.push_front(0); // 0 1 2 3 4 5l4.pop_front();   // 1 2 3 4 5// 7. 插入元素 删除元素auto it = l4.begin();advance(it, 2);  // 将迭代器移动到第 2 个位置l4.insert(it, 999); // 1 2 999 3 4 5it = l4.begin();advance(it, 2);l4.erase(it); // 1 2 3 4 5// 8. 删除所有满足条件的元素l4.remove(3); // 1 2 4 5// 9. swap()l4.swap(l5);  // 1 2 3 4 5// 10. sort排序l4.sort(); // 1 2 3 4 5// 11. reverse 反转l4.reverse(); // 5 4 3 2 1// 12. unique 删除相邻重复元素list<int> l6 = { 1,1,2,2,2,3,3,4 };l6.unique(); // 1 2 3 4return 0;
}

2.2 关联容器

2.2.1 关联容器简介

关联式容器以平衡二叉搜索树（标准实现通常为红黑树）为底层结构，元素按“键”排序，查找、插入、删除均为 O(log n)。

2.2.2 set

所有元素在插入时自动被排序。
不允许有重复元素。

#include <iostream>
#include <set>
using namespace std;int main() {// 1. 定义 setset<int> s1;                  // 空 setset<int> s2 = { 5, 3, 1, 4, 2 }; // 1 2 3 4 5set<int> s3(s2);              // 1 2 3 4 5// 2. size()cout << s2.size() << endl;  // 5// 3. 迭代器遍历 for (auto it = s2.begin(); it != s2.end(); ++it) {cout << *it << " ";  // 1 2 3 4 5}cout << endl;// 4. 插入元素 删除元素s2.insert(10); // 1 2 3 4 5 10s2.erase(5); // 1 2 3 4 10// 5. 查找元素 // find()   如果找到则返回该元素的迭代器,如果没有找到则返回 end()// count()  如果找到则返回 1,如果没有找到则返回 0auto it = s2.find(3); if (it != s2.end()) cout << "找到了" << endl;cout << s2.count(3) << endl; // 1 // 6. swap()set<int> s4 = { 1,2,3 };s2.swap(s4);  // 1 2 3return 0;
}

2.2.3 map

map 中所有元素都是 pair。pair 中第一个元素为 key（键值），起到索引作用，第二个元素为 value（实值）
所有元素在插入时自动被排序。
不允许有重复元素（key）。

#include <iostream>
#include <map>
#include <string>
using namespace std;int main() {// 1️. 定义 mapmap<int, string> m1; // 空 mapmap<int, string> m2 = { {1, "apple"}, {2, "banana"}, {3, "cherry"} };// 2. 迭代器遍历for (auto it = m2.begin(); it != m2.end(); ++it)cout << it->first << " : " << it->second << endl;// 3. 插入元素m1.insert({ 1, "cat" });m1.insert(make_pair(2, "dog"));m1[3] = "bird";   // 若存在则修改,不存在则创建m1[4] = "fish";m1.emplace(5, "tiger"); // 原地构造// 4. 删除元素m1.erase(1);                // 按 key 删除m1.erase(m1.begin());       // 按迭代器删除// 5. 查找auto it = m1.find(3);if (it != m1.end()) cout << "找到了" << endl;cout << m1.count(3) << endl; // 1// 6. swap()m1.swap(m2);return 0;
}