目录
[1. vector](#1. vector)
[2. deque](#2. deque)
[3. list](#3. list)
[4. set](#4. set)
[5. map](#5. map)
[6. stack](#6. stack)
[7. queue](#7. queue)
[8. priority_queue](#8. priority_queue)
本文将详细介绍常见的 C++ 容器，包括它们的定义、使用场景、功能、时间复杂度以及优缺点。最后，附上一个总结表格，方便快速查阅。
1. vector
定义
vector是一种动态数组，可以根据需要自动调整大小。它提供了数组的所有功能，并且支持在末尾进行高效的插入和删除操作。底层结构
vector底层采用一块连续的内存空间，类似于 C 的数组。当vector的容量不足以容纳新元素时，会分配一块更大的内存，并将原数据复制到新内存空间中。成员函数
push_back(const T& value): 在末尾插入一个元素。pop_back(): 删除最后一个元素。size(): 返回当前元素的个数。capacity(): 返回当前分配的存储容量。resize(size_t n): 调整容器大小。使用场景
适用于需要动态调整大小的数组，常用于需要频繁插入、删除操作的场景，如动态数据管理。
访问和修改的时间复杂度
- 访问: O(1)
- 修改: O(1)
- 插入/删除: O(1)（末尾），O(n)（其他位置）
优缺点
- 优点: 支持动态调整大小，末尾操作高效，灵活性强。
- 缺点: 在中间位置插入或删除元素时效率较低，因为需要移动其他元素。
2. deque
定义
deque（双端队列）支持在两端高效地进行插入和删除操作。与vector不同，它不仅可以在末尾，还可以在前端进行高效操作。底层结构
deque底层是由一组连续的内存块组成，提供了类似vector的随机访问能力，但允许在两端进行插入和删除操作。成员函数
push_front(const T& value): 在前端插入一个元素。push_back(const T& value): 在末尾插入一个元素。pop_front(): 删除前端元素。pop_back(): 删除末尾元素。使用场景
适用于需要在两端进行频繁插入和删除操作的场景，如实现双端队列、滑动窗口等。
访问和修改的时间复杂度
- 访问: O(1)
- 修改: O(1)
- 插入/删除: O(1)（两端）
优缺点
- 优点: 支持双端操作，两端插入和删除效率高。
- 缺点 : 随机访问效率不如
vector，内存使用效率略低。
3. list
定义
list是一种双向链表容器，提供对数据的高效插入和删除操作。底层结构
list底层采用双向链表结构，每个节点包含前驱和后继指针，以及数据。成员函数
push_front(const T& value): 在前端插入一个元素。push_back(const T& value): 在末尾插入一个元素。pop_front(): 删除前端元素。pop_back(): 删除末尾元素。insert(iterator pos, const T& value): 在指定位置插入元素。erase(iterator pos): 删除指定位置的元素。使用场景
适用于需要频繁在中间插入和删除元素的场景，如实现队列、链表等。
访问和修改的时间复杂度
- 访问: O(n)
- 修改: O(1)
- 插入/删除: O(1)
优缺点
- 优点: 插入和删除操作效率高，不需要移动其他元素。
- 缺点: 访问效率低，无法随机访问元素。
4. set
定义
set是一种有序集合，内部实现通常是红黑树。set中的每个元素都是唯一的，且自动按顺序排列。底层结构
set底层通常采用红黑树（自平衡二叉搜索树）实现，保证了元素的有序性和高效的查找、插入、删除操作。成员函数
insert(const T& value): 插入元素并保持有序。
- 参数 :
const T& value- 要插入的元素。- 返回值: 返回一个包含插入结果的 pair，第一个元素是迭代器，第二个元素是布尔值，表示插入是否成功。
erase(iterator pos): 删除指定元素。
- 参数 :
iterator pos- 指向要删除元素的迭代器。- 返回值: 无。
find(const T& value): 查找指定元素。
- 参数 :
const T& value- 要查找的元素。- 返回值 : 返回指向找到元素的迭代器，如果未找到，则返回
end()。begin()和end(): 获取指向第一个和最后一个元素的迭代器。
- 参数: 无。
- 返回值: 返回指向第一个或最后一个元素的迭代器。
使用场景
适用于需要存储有序且唯一的元素集合的场景，常用于需要快速查找和去重的场景。
访问和修改的时间复杂度
- 访问: O(log n)
- 修改: O(log n)
- 插入/删除: O(log n)
优缺点
- 优点: 元素有序，查找、插入和删除操作高效。
- 缺点: 内存占用相对较高，插入和删除操作较慢。
5. map
定义
map是一种关联容器，存储键值对，每个键在容器中是唯一的，内部实现通常是红黑树。底层结构
map底层通常采用红黑树（自平衡二叉搜索树）实现，保证了键值对的有序性和高效的查找、插入、删除操作。成员函数
insert(const std::pair<Key, T>& value): 插入键值对。
- 参数 :
const std::pair<Key, T>& value- 要插入的键值对。- 返回值: 返回一个包含插入结果的 pair，第一个元素是迭代器，第二个元素是布尔值，表示插入是否成功。
erase(iterator pos): 删除指定元素。
- 参数 :
iterator pos- 指向要删除元素的迭代器。- 返回值: 无。
find(const Key& key): 查找指定键的元素。
- 参数 :
const Key& key- 要查找的键。- 返回值 : 返回指向找到元素的迭代器，如果未找到，则返回
end()。operator[](const Key& key): 访问或插入键值对。
- 参数 :
const Key& key- 要访问或插入的键。- 返回值: 返回指定键对应的值，如果键不存在，则插入一个新的元素。
使用场景
适用于需要存储键值对且要求有序的场景，常用于需要快速查找、插入和删除键值对的场景。
访问和修改的时间复杂度
- 访问: O(log n)
- 修改: O(log n)
- 插入/删除: O(log n)
优缺点
- 优点: 元素有序，查找、插入和删除操作高效。
- 缺点: 内存占用相对较高，插入和删除操作较慢。
6. stack
定义
stack是一种后进先出（LIFO）的数据结构，基于deque或vector实现。只允许在一端进行插入和删除操作。底层结构
stack通常使用deque作为底层结构，也可以使用vector。所有操作都限制在栈顶进行。成员函数
push(const T& value): 压栈操作，在栈顶插入一个元素。pop(): 弹栈操作，移除栈顶元素。top(): 访问栈顶元素。使用场景
适用于需要后进先出的操作场景，如括号匹配、递归调用栈等。
访问和修改的时间复杂度
- 访问: O(1)
- 修改: O(1)
- 插入/删除: O(1)
优缺点
- 优点: 操作简单，效率高。
- 缺点: 只支持栈顶操作，无法随机访问。
7. queue
定义
queue是一种先进先出（FIFO）的数据结构，通常基于deque实现。只允许在一端插入，在另一端删除。底层结构
queue通常使用deque作为底层结构，但所有操作都限制在队首和队尾进行。成员函数
push(const T& value): 入队操作，在队尾插入一个元素。pop(): 出队操作，移除队首元素。front(): 访问队首元素。back(): 访问队尾元素。使用场景
适用于需要先进先出的操作场景，如任务调度、广度优先搜索等。
访问和修改的时间复杂度
- 访问: O(1)
- 修改: O(1)
- 插入/删除: O(1)
优缺点
- 优点: 操作简单，效率高。
- 缺点: 只支持队首和队尾操作，无法随机访问。
8. priority_queue
定义
priority_queue是一种优先级队列，通常基于堆实现。每次出队操作总是返回优先级最高的元素。底层结构
priority_queue底层通常基于堆（如二叉堆、Fibonacci 堆）实现，确保每次访问的元素是优先级最高的。成员函数
push(const T& value): 插入元素并维护堆结构。pop(): 删除优先级最高的元素。top(): 访问优先级最高的元素。使用场景
适用于需要动态维护一个优先级最高的元素的场景，如任务调度、最短路径算法等。
访问和修改的时间复杂度
- 访问: O(1)
- 修改: O(log n)
- 插入/删除: O(log n)
优缺点
- 优点: 高效地维护优先级，适用于需要频繁获取最值的场景。
- 缺点: 无法随机访问，操作受限于堆的性质。
C++常见容器属性表
| 容器类型 | 使用场景 | 功能 | 查找时间复杂度 | 修改时间复杂度 | 优缺点 |
|---|---|---|---|---|---|
array |
固定大小的数组，编译期确定大小 | 提供与C风格数组相似的功能，但支持STL算法 | O(1) | O(1) | 内存连续分配，随机访问效率高，但大小固定，无法动态调整 |
vector |
需要动态调整大小的数组 | 动态数组，支持在末尾进行快速插入和删除 | O(1) | O(1) (末尾)，O(n) (其他位置) | 支持动态扩展，末尾操作高效，但中间插入删除效率较低 |
deque |
需要双端快速插入删除的场景 | 双端队列，支持在两端进行高效插入和删除 | O(1) | O(1) | 双端操作高效，但随机访问效率不如vector，内存使用效率低 |
list |
需要频繁在中间插入和删除元素的场景 | 双向链表，支持在任何位置进行快速插入和删除 | O(n) | O(1) | 插入删除操作高效，顺序访问高效，但随机访问效率低 |
stack |
后进先出的操作场景 | 后进先出（LIFO）的栈，基于deque或vector实现 |
O(1) | O(1) | 操作简单，效率高，但只支持栈顶操作，无法随机访问 |
queue |
先进先出的操作场景 | 先进先出（FIFO）的队列，基于deque实现 |
O(1) | O(1) | 操作简单，效率高，但只支持队首和队尾操作，无法随机访问 |
priority_queue |
需要动态获取优先级最高元素的场景 | 基于堆实现的优先级队列，动态获取最优先的元素 | O(1) | O(log n) | 适合频繁获取最值的场景，但无法随机访问，只能访问优先级最高的元素 |
set |
需要有序且唯一的集合 | 有序集合，元素自动排序，支持快速查找和去重 | O(log n) | O(log n) | 元素有序，查找插入删除高效，但内存占用较高 |
unordered_set |
需要唯一且无序的集合 | 无序集合，基于哈希表实现，支持快速查找和去重 | O(1) 平均 | O(1) 平均 | 查找插入删除非常快，但内存占用相对较高，且不保证元素顺序 |
map |
需要键值对映射，且键有序的场景 | 有序映射，基于红黑树实现，键值对自动按键排序 | O(log n) | O(log n) | 键有序，查找插入删除高效，但内存占用较高 |
unordered_map |
需要键值对映射，且键无序的场景 | 无序映射，基于哈希表实现，支持快速查找键值对 | O(1) 平均 | O(1) 平均 | 查找插入删除非常快，但内存占用较高，且不保证元素顺序 |
multiset |
需要有序且允许重复元素的集合 | 有序集合，元素自动排序，允许重复元素 | O(log n) | O(log n) | 允许重复元素，元素有序，查找插入删除高效，但内存占用较高 |
multimap |
需要有序且允许重复键的键值对映射 | 有序映射，基于红黑树实现，允许重复键 | O(log n) | O(log n) | 允许重复键，键有序，查找插入删除高效，但内存占用较高 |
unordered_multiset |
需要无序且允许重复元素的集合 | 无序集合，基于哈希表实现，允许重复元素 | O(1) 平均 | O(1) 平均 | 允许重复元素，查找插入删除快，但内存占用较高，且不保证元素顺序 |
unordered_multimap |
需要无序且允许重复键的键值对映射 | 无序映射，基于哈希表实现，允许重复键 | O(1) 平均 | O(1) 平均 | 允许重复键，查找插入删除快，但内存占用较高，且不保证元素顺序 |
下面是将所有基础类型的容器的类型、成员函数和功能介绍整理成的表格：
| 容器类型 | 成员函数 | 功能介绍 |
|---|---|---|
vector |
push_back(const T& value) |
在末尾插入一个元素。 |
pop_back() |
删除最后一个元素。 | |
size() |
返回当前元素的个数。 | |
capacity() |
返回当前分配的存储容量。 | |
resize(size_t n) |
调整容器大小。 | |
deque |
push_front(const T& value) |
在前端插入一个元素。 |
push_back(const T& value) |
在末尾插入一个元素。 | |
pop_front() |
删除前端元素。 | |
pop_back() |
删除末尾元素。 | |
list |
push_front(const T& value) |
在前端插入一个元素。 |
push_back(const T& value) |
在末尾插入一个元素。 | |
pop_front() |
删除前端元素。 | |
pop_back() |
删除末尾元素。 | |
insert(iterator pos, const T& value) |
在指定位置插入元素。 | |
erase(iterator pos) |
删除指定位置的元素。 | |
stack |
push(const T& value) |
压栈操作，在栈顶插入一个元素。 |
pop() |
弹栈操作，移除栈顶元素。 | |
top() |
访问栈顶元素。 | |
queue |
push(const T& value) |
入队操作，在队尾插入一个元素。 |
pop() |
出队操作，移除队首元素。 | |
front() |
访问队首元素。 | |
back() |
访问队尾元素。 | |
priority_queue |
push(const T& value) |
插入元素并维护堆结构。 |
pop() |
删除优先级最高的元素。 | |
top() |
访问优先级最高的元素。 | |
set |
insert(const T& value) |
插入元素并保持有序。 |
erase(iterator pos) |
删除指定元素。 | |
find(const T& value) |
查找指定元素。 | |
begin() |
获取指向第一个元素的迭代器。 | |
end() |
获取指向最后一个元素的迭代器。 | |
map |
insert(const std::pair<Key, T>& value) |
插入键值对。 |
erase(iterator pos) |
删除指定元素。 | |
find(const Key& key) |
查找指定键的元素。 | |
operator[](const Key& key) |
访问或插入键值对。 |
结语
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