C++标准库提供了多种容器来存储和管理数据。这些容器属于<vector>, <list>, <deque>, <map>, <set>, <unordered_map>, <unordered_set>等头文件中。这些容器各有优缺点，适用于不同的场景。下面详细介绍几种主要的容器及其支持的函数。
1. std::vector
std::vector 是动态数组，可以高效地进行随机访问，支持动态调整大小。
头文件 ：<vector>
主要函数：
push_back：在末尾添加元素。pop_back：移除末尾元素。at：访问指定位置的元素，带有边界检查。operator[]：访问指定位置的元素，不带边界检查。front：访问第一个元素。back：访问最后一个元素。data：返回底层数组的指针。size：返回元素个数。capacity：返回当前容量。resize：调整大小。reserve：预留空间。clear：清空所有元素。empty：检查容器是否为空。insert：在指定位置插入元素。erase：移除指定位置的元素。
2. std::list
std::list 是双向链表，支持高效的插入和删除操作。
头文件 ：<list>
主要函数：
push_back：在末尾添加元素。push_front：在头部添加元素。pop_back：移除末尾元素。pop_front：移除头部元素。front：访问第一个元素。back：访问最后一个元素。size：返回元素个数。clear：清空所有元素。empty：检查容器是否为空。insert：在指定位置插入元素。erase：移除指定位置的元素。remove：移除所有与指定值相等的元素。sort：对元素进行排序。merge：合并两个已排序的链表。splice：将一个链表中的元素移动到另一个链表中。
3. std::deque
std::deque 是双端队列，可以高效地在头部和尾部进行插入和删除操作。
头文件 ：<deque>
主要函数：
push_back：在末尾添加元素。push_front：在头部添加元素。pop_back：移除末尾元素。pop_front：移除头部元素。at：访问指定位置的元素，带有边界检查。operator[]：访问指定位置的元素，不带边界检查。front：访问第一个元素。back：访问最后一个元素。size：返回元素个数。clear：清空所有元素。empty：检查容器是否为空。insert：在指定位置插入元素。erase：移除指定位置的元素。
4. std::map
std::map 是有序关联容器，以键值对的形式存储元素，键是唯一的。
头文件 ：<map>
主要函数：
operator[]：访问或插入指定键的元素。at：访问指定键的元素，带有边界检查。insert：插入键值对。erase：移除指定键的元素。find：查找指定键的元素。count：返回指定键的元素个数（对于map，结果是0或1）。size：返回元素个数。clear：清空所有元素。empty：检查容器是否为空。begin：返回指向第一个元素的迭代器。end：返回指向最后一个元素后一个位置的迭代器。
5. std::set
std::set 是有序集合容器，只存储键，键是唯一的。
头文件 ：<set>
主要函数：
insert：插入元素。erase：移除指定元素。find：查找指定元素。count：返回指定元素的个数（对于set，结果是0或1）。size：返回元素个数。clear：清空所有元素。empty：检查容器是否为空。begin：返回指向第一个元素的迭代器。end：返回指向最后一个元素后一个位置的迭代器。
6. std::unordered_map
std::unordered_map 是无序关联容器，以键值对的形式存储元素，键是唯一的，内部使用哈希表实现。
头文件 ：<unordered_map>
主要函数：
operator[]：访问或插入指定键的元素。at：访问指定键的元素，带有边界检查。insert：插入键值对。erase：移除指定键的元素。find：查找指定键的元素。count：返回指定键的元素个数（对于unordered_map，结果是0或1）。size：返回元素个数。clear：清空所有元素。empty：检查容器是否为空。begin：返回指向第一个元素的迭代器。end：返回指向最后一个元素后一个位置的迭代器。
7. std::unordered_set
std::unordered_set 是无序集合容器，只存储键，键是唯一的，内部使用哈希表实现。
头文件 ：<unordered_set>
主要函数：
insert：插入元素。erase：移除指定元素。find：查找指定元素。count：返回指定元素的个数（对于unordered_set，结果是0或1）。size：返回元素个数。clear：清空所有元素。empty：检查容器是否为空。begin：返回指向第一个元素的迭代器。end：返回指向最后一个元素后一个位置的迭代器。
容器特性和使用注意事项
1. std::vector
- 特性 ：
- 动态数组，支持快速随机访问。
- 连续存储，能与 C 风格数组兼容。
- 在末尾插入和删除操作效率高（摊销时间复杂度 O(1)）。
- 插入和删除操作会导致内存重新分配和元素拷贝（特别是当容器扩容时）。
- 注意事项 ：
- 适用于需要频繁随机访问元素的场景。
- 避免在中间位置频繁插入和删除元素。
2. std::list
- 特性 ：
- 双向链表，支持双向遍历。
- 插入和删除操作效率高，O(1)。
- 不支持随机访问，只能通过迭代器遍历。
- 内存使用相对较高，每个节点需要额外存储两个指针。
- 注意事项 ：
- 适用于需要频繁插入和删除元素的场景。
- 不适用于需要快速随机访问的场景。
3. std::deque
- 特性 ：
- 双端队列，支持在两端快速插入和删除。
- 随机访问效率高，O(1)。
- 内部由多个连续块组成，分配和管理较为复杂。
- 注意事项 ：
- 适用于需要在两端进行插入和删除操作的场景。
- 插入和删除操作在中间位置的效率相对较低。
4. std::map
- 特性 ：
- 有序关联容器，基于红黑树实现。
- 键值对存储，键是唯一的。
- 查找、插入、删除操作效率为 O(log n)。
- 自动按键排序。
- 注意事项 ：
- 适用于需要有序存储和快速查找的场景。
- 不适用于需要频繁插入和删除的场景。
5. std::set
- 特性 ：
- 有序集合容器，基于红黑树实现。
- 只存储键，键是唯一的。
- 查找、插入、删除操作效率为 O(log n)。
- 自动按键排序。
- 注意事项 ：
- 适用于需要有序存储和快速查找的场景。
- 不适用于需要频繁插入和删除的场景。
6. std::unordered_map
- 特性 ：
- 无序关联容器，基于哈希表实现。
- 键值对存储，键是唯一的。
- 查找、插入、删除操作效率平均为 O(1)。
- 无序存储，插入顺序不定。
- 注意事项 ：
- 适用于需要快速查找的场景。
- 不适用于需要有序存储的场景。
7. std::unordered_set
- 特性 ：
- 无序集合容器，基于哈希表实现。
- 只存储键，键是唯一的。
- 查找、插入、删除操作效率平均为 O(1)。
- 无序存储，插入顺序不定。
- 注意事项 ：
- 适用于需要快速查找的场景。
- 不适用于需要有序存储的场景。
对比表格
| 特性\容器 | std::vector |
std::list |
std::deque |
std::map |
std::set |
std::unordered_map |
std::unordered_set |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 随机访问 | 高效 (O(1)) | 不支持 | 高效 (O(1)) | 不支持 | 不支持 | 高效 (O(1)) | 高效 (O(1)) |
| 插入/删除末尾 | 高效 (摊销 O(1)) | 低效 (O(n)) | 高效 (O(1)) | 中等 (O(log n)) | 中等 (O(log n)) | 高效 (平均 O(1)) | 高效 (平均 O(1)) |
| 插入/删除头部 | 低效 (O(n)) | 高效 (O(1)) | 高效 (O(1)) | 中等 (O(log n)) | 中等 (O(log n)) | 高效 (平均 O(1)) | 高效 (平均 O(1)) |
| 插入/删除中间 | 低效 (O(n)) | 高效 (O(1)) | 低效 (O(n)) | 中等 (O(log n)) | 中等 (O(log n)) | 高效 (平均 O(1)) | 高效 (平均 O(1)) |
| 查找 | 高效 (O(1)) | 低效 (O(n)) | 高效 (O(1)) | 高效 (O(log n)) | 高效 (O(log n)) | 高效 (平均 O(1)) | 高效 (平均 O(1)) |
| 有序性 | 无序 | 无序 | 无序 | 有序 | 有序 | 无序 | 无序 |
| 内存使用 | 紧凑 | 高 (额外指针) | 较高 (分块) | 较高 (树结构) | 较高 (树结构) | 较高 (哈希表) | 较高 (哈希表) |
| 适用场景 | 频繁随机访问 | 频繁插入/删除 | 双端操作频繁 | 有序存储和快速查找 | 有序存储和快速查找 | 快速查找和无序存储 | 快速查找和无序存储 |
使用建议
每种容器在不同的场景中都有其优势，选择合适的容器可以大大提升程序的性能和代码的可维护性：
std::vector：当需要高效的随机访问和动态调整大小时，使用std::vector。适合存储大量数据并且需要频繁遍历的情况。std::list：当需要频繁插入和删除元素，尤其是中间位置的元素时，使用std::list。适合实现双向链表。std::deque：当需要高效的头部和尾部操作时，使用std::deque。适合实现队列和双端队列。std::map：当需要有序存储和快速查找键值对时，使用std::map。适合实现有序关联容器。std::set：当需要有序存储唯一元素时，使用std::set。适合实现集合操作。std::unordered_map：当需要无序存储和高效查找键值对时，使用std::unordered_map。适合实现哈希表。std::unordered_set：当需要无序存储唯一元素时，使用std::unordered_set。适合实现无序集合。