C++ STL精通之旅：向量、集合与映射等容器详解

算法（Algorithms）：STL中的算法是一组对容器进行操作的函数，它们独立于任何特定的数据结构，可以用于执行各种任务，如搜索、排序、复制和修改容器中的元素。这些算法是泛型的，意味着它们可以用于不同类型和容器的数据，体现了泛型编程的思想。

容器（Containers）：容器是用来存储数据的对象，例如数组、队列、链表、集合等。STL提供了多种容器类型，每种都设计用于特定类型的数据访问和存储。容器管理对象的集合，并提供插入、删除和遍历元素等操作。

仿函数（Functors）：仿函数是重载了操作符()的类或类对象，它可以像函数一样被调用。在STL中，仿函数通常用作算法的参数，允许用户自定义算法的行为，使得算法更加灵活和可配置。

迭代器（Iterators）：迭代器是一种类似于指针的对象，用于在容器中遍历元素。每个容器都定义了相应的迭代器类型，迭代器提供了读取和修改容器元素的方法。迭代器分为输入迭代器、输出迭代器、前向迭代器、双向迭代器和随机访问迭代器，不同类型的迭代器支持不同的操作。

常用容器

顺序容器

向量vector

头文件：#include <vector>

连续的顺序的储存结构（和数组一样的类别），但是有长度可变的特性。

构造

vector<类型> arr(长度, [初值])

时间复杂度：O(n)

尾接 & 尾删

push_back(元素)：在 vector 尾接一个元素，数组长度 +1.
pop_back()：删除 vector 尾部的一个元素，数组长度 -1.

时间复杂度：均摊 O(1)

中括号运算符

和一般数组一样的作用

时间复杂度：O(1)

获取长度

.size()

获取当前 vector 的长度

时间复杂度：O(1)

清空

.clear()

清空 vector

时间复杂度：O(n)

判空

.empty()

如果是空返回 true 反之返回 false.

时间复杂度：O(1)

改变长度

.resize(新长度, [默认值])

修改 vector 的长度

如果是缩短，则删除多余的值
如果是扩大，且指定了默认值，则新元素均为默认值**（旧元素不变）**

时间复杂度：O(n)

提前分配好空间

代码演示

运行结果

关联容器

集合set

头文件#include <set>

提供对数时间的插入、删除、查找的集合数据结构。底层原理是红黑树。

集合三要素	解释	set	multiset	unordered_set
确定性	一个元素要么在集合中，要么不在	✔	✔	✔
互异性	一个元素仅可以在集合中出现一次	✔	❌（任意次）	✔
无序性	集合中的元素是没有顺序的	❌（从小到大）	❌（从小到大）	✔

构造

set<类型, 比较器> st

类型：要储存的数据类型
比较器：比较大小使用的比较器，默认为 less<类型>，可自定义

对于需要自定义比较器的情况，涉及一些初学时容易看迷糊的语法（重载小括号运算符 / lambda 表达式），在此就不展开讲了。

遍历

其他

作用	用法	示例
插入元素	`.insert(元素)`	`st.insert(1);`
删除元素	`.erase(元素)`	`st.erase(2);`
查找元素	`.find(元素)`	`auto it = st.find(1);`
判断元素是否存在	`.count(元素)`	`st.count(3);`
查看大小 / 清空 / 判空	略	略

增删查时间复杂度均为 O(\log n)

代码演示

运行结果

映射map

头文件#include <map>

提供对数时间的有序键值对结构。底层原理是红黑树。

映射：

性质	解释	map	multimap	unordered_map
互异性	一个键仅可以在映射中出现一次	✔	❌（任意次）	✔
无序性	键是没有顺序的	❌（从小到大）	❌（从小到大）	✔

常用方法

构造

map<键类型, 值类型, 比较器> mp

键类型：要储存键的数据类型
值类型：要储存值的数据类型
比较器：键比较大小使用的比较器，默认为 less<类型>，可自定义

复制代码

遍历

其他

作用	用法	示例
增 / 改 / 查元素	中括号	`mp[1] = 2;`
查元素（返回迭代器）	`.find(元素)`	`auto it = mp.find(1);`
删除元素	`.erase(元素)`	`mp.erase(2);`
判断元素是否存在	`.count(元素)`	`mp.count(3);`
查看大小 / 清空 / 判空	略	略

增删改查时间复杂度均为 O(\log n)

代码演示1

运行结果1

代码演示2

运行结果2

string map

代码演示3

运行结果3

mp没赋初值，默认为0

代码演示4

运行结果4

容器适配器

栈stack

头文件#include <stack>

通过二次封装双端队列 (deque) 容器，实现先进后出的栈数据结构。

常用方法

作用	用法	示例
构造	`stack<类型> stk`	`stack<int> stk;`
进栈	`.push(元素)`	`stk.push(1);`
出栈	`.pop()`	`stk.pop();`
取栈顶	`.top()`	`int a = stk.top();`
查看大小 / 清空 / 判空	略	略

代码演示1

运行结果1

vector也可以当栈来用

代码演示2

运行结果2

队列queue

头文件#include <queue>

通过二次封装双端队列 (deque) 容器，实现先进先出的队列数据结构。

常用方法

作用	用法	示例
构造	`queue<类型> que`	`queue<int> que;`
进队	`.push(元素)`	`que.push(1);`
出队	`.pop()`	`que.pop();`
取队首	`.front()`	`int a = que.front();`
取队尾	`.back()`	`int a = que.back();`
查看大小 / 清空 / 判空	略	略

代码演示

运行结果

优先队列priority_queue

头文件#include <queue>

提供常数时间的最大元素查找，对数时间的插入与提取，底层原理是二叉堆。

常用方法

构造

priority_queue<类型, 容器, 比较器> pque

类型：要储存的数据类型
容器：储存数据的底层容器，默认为 vector<类型>，竞赛中保持默认即可
比较器：比较大小使用的比较器，默认为 less<类型>，可自定义

cpp 复制代码

priority_queue<int> pque1;                            // 储存int的大顶堆
priority_queue<int, vector<int>, greater<int>> pque2; // 储存int的小顶堆

其他

作用	用法	示例
进堆	`.push(元素)`	`que.push(1);`
出堆	`.pop()`	`que.pop();`
取堆顶	`.top()`	`int a = que.top();`
查看大小 / 判空	略	略

进出队复杂度 O(\log n)，取堆顶 $O(1).

大顶堆

代码演示1

运行结果1

小顶堆

代码演示2

运行结果2

修改堆顶元素

代码演示3

运行结果3

字符串

string (basic_string<char>)

头文件#include <string>

顾名思义，就是储存字符串的。

常用方法

构造

输入输出

C++

复制代码

复制代码

其他

作用	用法	示例
修改、查询指定下标字符	`[]`	`s[1] = 'a';`
是否相同	`==`	`if (s1 == s2) ...`
字符串连接	`+`	`string s = s1 + s2;`
尾接字符串	`+=`	`s += "awa";`
取子串	`.substr(起始下标, 子串长度)`	`string sub = s.substr(2, 10);`
查找字符串	`.find(字符串, 起始下标)`	`int pos = s.find("awa");`

数值与字符串互转（C++11）

源	目的	函数
int / long long / float / double / long double	string	to_string()
string	int	stoi()
string	long long	stoll()
string	float	stof()
string	double	stod()
string	long double	stold()