冲刺蓝桥杯第四章标准模版库STL(上)

vector：

介绍：

vector 是 C++ 标准模板库（STL）中的一个非常重要的序列容器，它封装了动态数组的实现。vector 能够存储具有相同类型的元素序列，并且能够根据需要自动调整其大小。注意：在局部区域中（比如局部函数里面）开vector数组，是在堆空间里面开的。在局部区域开数组是在栈空间开的，而栈空间比较小，如果开了非常长的数组就会发生爆栈。故局部区域不可以开大长度数组，但是可以开大长度 vector 。

1、头文件：

#include <vector>

2、一维初始化：

vector<int> v; // 定义了一个名为v的一维数组,数组存储int类型数据
vector<double> v; // 定义了一个名为v的一维数组，数组存储double类型数据
vector<node> v; // 定义了一个名为v的一维数组，数组存储结构体类型数据，node是结构体类型

指定长度和初始值的初始化：

vector<int> v(n); // 定义一个长度为n的数组，初始值默认为0，下标范围[0, n - 1]
vector<int> v(n, 1); // v[0] 到 v[n - 1]所有的元素初始值均为1
//注意：指定数组长度之后（指定长度后的数组就相当于正常的数组了）

初始化中有多个元素：

vector<int> a{1, 2, 3, 4, 5}; // 数组a中有五个元素，数组长度就为5

拷贝初始化：

vector<int> a(n + 1, 0);
vector<int> b(a); // 两个数组中的类型必须相同,a和b都是长度为n+1，初始值都为0的数组
vector<int> c = a; // 也是拷贝初始化,c和a是完全一样的数组

3、二维初始化：

定义第一维固定长度为 5 ，第二维可变化的二维数组：

vector<int> v[5]; // 定义可变长二维数组
//注意：行不可变（只有5行）, 而列可变,可以在指定行添加元素
//第一维固定长度为5，第二维长度可以改变

vector v[5] 可以这样理解：长度为5的v数组，数组中存储的是 vector 数据类型，而该类型就是数组形式，故 v 为二维数组。其中每个数组元素均为空，因为没有指定长度，所以第二维可变长。可以进行下述操作：

v[1].push_back(2);
v[2].push_back(3);

定义行列均可变的二维数组：

//初始化二维均可变长数组
vector<vector<int> > v; // 定义一个行和列均可变的二维数组,注意哦，>>之间要加上空

可以在 v 数组里面装多个数组:

vector<int> t1{1, 2, 3, 4};
vector<int> t2{2, 3, 4, 5};
v.push_back(t1);
v.push_back(t2);
v.push_back({3, 4, 5, 6}) // {3, 4, 5, 6}可以作为vector的初始化,相当于一个无名vector

行列长度均固定 n + 1 行 m + 1 列初始值为0:

vector<vector<int > a(n + 1, vector<int>(m + 1, 0));

常用函数：

#include<iostream>
#include<vector>
using namespace std;
vector<int>v;
int main(){
    v.push_back(1);//在尾部加一个元素  O(1)
    v.front();//返回第一个元素  O(1)
    v.back();//返回数组中的最后一个元素  O(1)
    v.pop_back();//删除最后一个元素  O(1)
    v.size();//返回元素的个数(unsigned类型)  O(1)
    v.clear();//清除元素个数  O(n) n为元素个数
    v.resize(n,v);//改变数组大小为n，n个空间数值赋为v，没有v时默认为零
    v.insert(it,x);//向任一迭代器it插入一个元素x  O(n)
    //例子：v.insert(v.begin(),1)将1插入到v[0]的位置
    v.erase(first,last);//删除[first，last)的所有元素  O(n)
    v.begin();//返回首元素的迭代器(类似于地址) O(1)
    v.end();//返回尾元素的下一个位置的迭代器  O(1)
    v.empty();//判断是否为空，为空返回真，反之返回假  O(1)
}

访问：

共三种方法：

1、下标法：直接和普通数组一样进行访问即可。

注意：一维数组的下标是从 0 到 v.size()-1 ，访问之外的数会出现越界错误

#include<iostream>
#include<vector>
using namespace std;
vector<int>v;
int main(){
   int n,t;
   cin>>n;
   for(int i=0;i<n;i++){
    cin>>t;
    v.push_back(t);
   }
   for(int i=0;i<n;i++){
    cout<<v[i];
   }
   return 0;
}

2、迭代器法 ：类似指针，迭代器就是充当指针的作用。

vector<int> vi{1, 2, 3, 4, 5};
//迭代器访问
vector<int>::iterator it;
//相当于声明了一个迭代器类型的变量it，通俗来说就是声明了一个指针变量

方法一：

#include<iostream>
#include<vector>
using namespace std;
vector<int>v;
int main(){
   int n,t;
   cin>>n;
   for(int i=0;i<n;i++){
    cin>>t;
    v.push_back(t);
   }
   vector<int>::iterator it=v.begin();
   for(int i=0;i<n;i++){
    cout<<*(it+i);
   }
   return 0;
}

方法二：

#include<iostream>
#include<vector>
using namespace std;
vector<int>v;
int main(){
   int n,t;
   cin>>n;
   for(int i=0;i<n;i++){
    cin>>t;
    v.push_back(t);
   }
   vector<int>::iterator it;
   for(it=v.begin();it!=v.end();it++){//注意不能用小于只能使用不等于
    cout<<*it;
   }
   return 0;
}

方法三：

#include<iostream>
#include<vector>
using namespace std;
vector<int>v;
int main(){
   int n,t;
   cin>>n;
   for(int i=0;i<n;i++){
    cin>>t;
    v.push_back(t);
   }
   auto it=v.begin();
   while(it!=v.end()){
    cout<<*it;
    it++;
   }
   return 0;
}

3、智能指针：使用auto ：比较简便，但是只能访问数组的所有元素（特别注意0位置元素也会访问到）如果要对部分内容进行遍历，需要另选方法。

auto 能够自动识别并获取类型。

#include<iostream>
#include<vector>
using namespace std;
int main(){
    int n;
    cin>>n;
    vector<int>v(n);//使用auto必须要有输入数量
    //输入
    for(auto &x:v){
        cin>>x;
    }
    //输出
    for(auto val:v){
        cout<<val;
    }
    return 0;
}

vector 注意：

vi[i] 和 *(vi.begin() + i) 等价，与指针类似。

vector 和 string 的 STL 容器支持 *(it + i) 的元素访问。

stack

介绍

栈是STL中实现的一个先进后出，后进先出的容器。

1、头文件

#include<stack>

2、初始化

stack<int> s;
stack<string> s;
stack<node> s; // node是结构体类型

常用函数

#include<iostream>
#include<stack>
using namespace std;
stack<int>s;
int main(){
    s.push(n);//将元素n入栈  O(1)
    s.pop();//移除栈顶元素  O(1)
    s.top();//取出栈顶元素  O(1)
    s.empty();//检测栈内是否为空，空为真，非空为假  O(1)
    s.size();//返回栈内的元素个数  O(1)
}

遍历

1、栈只能对栈顶元素进行操作，如果想要进行遍历，只能将栈中元素一个个取出来存在数组中

#include<iostream>
#include<stack>
using namespace std;
stack<int>s;
int main(){
    int n;
    cin>>n;
    for(int i=0;i<n;i++){
        int x;
        cin>>x;
        s.push(x);
    }
    while(!s.empty()){
        int tp=s.top();
        s.pop();
        cout<<tp;
    }
}

2、数组模拟栈进行遍历：通过一个数组对栈进行模拟，一个存放下标的变量 top 模拟指向栈顶的指针。

一般来说单调栈和单调队列写法均可使用额外变量 tt 或 hh 来进行模拟。

特点： 比 STL 的 stack 速度更快，遍历元素方便

int s[100]; // 栈 从左至右为栈底到栈顶
int tt = -1; // tt 代表栈顶指针,初始栈内无元素，tt为-1
for(int i = 0; i = 5; i++) {
    //入栈
    s[++tt] = i;
}
//出栈
int top_element = s[tt--];
//入栈操作示意
//0 1 2 3 4 5
//          tt
//出栈后示意
//0 1 2 3 4
//        tt 

queue

介绍：

队列是一种先进先出的数据结构。

1、头文件：

#include<queue>

2、初始化：

queue<int> q;

常用函数：

#include<iostream>
#include<queue>
using namespace std;
queue<int>q;
int main(){
    q.push(n);//将n元素入队  O(1)
    q.front();//返回队首元素  O(1)
    q.back();//返回队尾元素  O(1)
    q.pop();//删除第一个元素(出队)  O(1)
    q.size();//返回队列中元素的个数，返回值类型unsigned int  O(1)
    q.empty();//判断队列是否为空，队列为空返回true，为非空返回false  O(1)
}

对列模拟

使用 q[] 数组模拟队列

hh 表示队首元素的下标，初始值为 0

tt 表示队尾元素的下标，初始值为 -1 ，表示刚开始队列为空

#include<iostream>
using namespace std;
const int N = 1e5 + 5;
int q[N];
int main(){
    int hh = 0,tt = -1;
    //入队
    q[++tt] = 1;
    q[++tt] = 2;
    //将所有元素出队
    while(hh = tt) {
        int t = q[hh++];
        printf("%d ",t);
    }
    return 0;
}

deque

介绍

首尾都可插入和删除的队列为双端队列，在两端都可以进行操作。

1、头文件

#include<deque>

2、初始化

deque<int> dq;

常用函数

#include<iostream>
#include<deque>
using namespace std;
deque<int>dq;
int main(){
    dp.push_back(n);//把元素n插入到队尾  O(1)
    dp.push_front(n);//把元素n插入到队首  O(1)
    dp.back();//返回队尾元素  O(1)
    dp.front();//返回队首元素  O(1)
    dp.pop_back();//删除队尾元素  O(1)
    dp.pop_front();//删除队首元素  O(1)
    dp.erase(iterator it);//删除双端队列中的某一个元素
    dp.erase(iterator first,iterator last);//删除双端队列中[first,last)中的元素
    dp.empty();//判断双端队列是否为空  O(1)
    dp.size();//返回双端队列的元素数量  O(1)
    dp.clear();//清空双端队列
}

注意点

deque可以进行排序（双端队列排序一般不用，使用其他STL依然可实现相同功能）

//从小到大
sort(dq.begin(), dq.end())
//从大到小排序
sort(dq.begin(), dq.end(), greater<int>()); // deque里面的类型需要是int型
sort(dq.begin(), dq.end(), greater());//c++高版本才可以用

priority_queue

介绍：

优先队列是一种特殊的队列，其中每个元素都被赋予一个优先级。在优先队列中，元素的出队顺序不是基于它们的入队顺序，而是基于它们的优先级。优先级最高的元素会最先被移除。优先队列分为最大优先队列和最小优先队列，前者总是移除当前优先级最高的元素（即最大的元素），后者总是移除当前优先级最低的元素（即最小的元素）。

优先队列的实现通常基于堆数据结构，特别是二叉堆。堆是一个近似完全二叉树的结构，并同时满足堆属性：即子节点的键值或索引总是小于（或大于）它的父节点。通过堆的性质，优先队列可以在对数时间复杂度内完成插入和删除最大（或最小）元素的操作。

1、头文件

#include<queue>

2、初始化

priority_queue<int> q;

常用函数：

#include<iostream>
#include<queue>
using namespace std;
priority_queue<int>q;
int main(){
    q.top();//访问队首元素  O(1)
    q.push(n);//将n入队  O(logn)
    q.pop();//堆顶(队首)元素出队  O(logn)
    q.size();//队列元素个数  O(1)
    q.empty();//判断是否为空，空为真，非空为假  O(1)
    //注意：优先队列没有clear()
    //优先队列只能通过 top() 访问队首元素（优先级最高的元素）
}

设置优先级

1、基本数据类型的优先级

priority_queue<int> q; // 默认大根堆, 即每次取出的元素是队列中的最大值
priority_queue<int, vector<int>, greater<int> > q; // 小根堆, 每次取出的元素是队列中的最小值

参数解释：

第一个参数：

就是优先队列中存储的数据类型

第二个参数：

vector 是用来承载底层数据结构堆的容器，若优先队列中存放的是 double 型数据，就要填 vector< double >总之存的是什么类型的数据，就相应的填写对应类型。同时也要改动第三个参数里面的对应类型。

第三个参数：

less 表示数字大的优先级大，堆顶为最大的数字

greater 表示数字小的优先级大，堆顶为最小的数字

int代表的是数据类型，也要填优先队列中存储的数据类型

基础数据类型优先级设置的写法：

<1>、基础写法：

priority_queue<int> q1; // 默认大根堆, 即每次取出的元素是队列中的最大值
priority_queue<int, vector<int>, less<int> > q2; // 大根堆, 每次取出的元素是队列中的最大值，同第一行
priority_queue<int, vector<int>, greater<int> > q3; // 小根堆, 每次取出的元素是队列中的最小值

<2>、自定义排序：

struct cmp1 {
     bool operator()(int x, int y) {
          return x > y;
    }
};
struct cmp2 {
     bool operator()(const int x, const int y) {
          return x < y;
    }
};
priority_queue<int, vector<int>, cmp1> q1; // 小根堆
priority_queue<int, vector<int>, cmp2> q2; // 大根堆

2、高级数据类型(结构体)优先级：即优先队列中存储结构体类型，必须要设置优先级，即结构体的比较运算（因为优先队列的堆中要比较大小，才能将对应最大或者

最小元素移到堆顶）。

优先级设置可以定义在结构体内进行小于号重载，也可以定义在结构体外。

//要排序的结构体（存储在优先队列里面的）
struct Point {
   int x, y;
};

<1>、自定义全局比较规则

//定义的比较结构体
//注意：cmp是个结构体
struct cmp { // 自定义堆的排序规则
    bool operator()(const Point& a,const Point& b) {
    return a.x < b.x;
  }
};
//初始化定义
priority_queue<Point, vector<Point>, cmp> q; // x大的在堆顶

<2>、直接在结构体里面写：因为是在结构体内部自定义的规则，一旦需要比较结构体，自动调用结构体内部重载运算符规则。

结构体内部有两种方式：

方式一 ：

struct node {
    int x, y;
    friend bool operator < (Point a, Point b) { // 为两个结构体参数，结构体调用一定要写上friend
         return a.x < b.x; // 按x从小到大排，x大的在堆顶
   }
};

方式二 ：(推荐)

struct node {
     int x, y;
     bool operator < (const Point &a) const { // 直接传入一个参数，不必要写friend
          return x < a.x; // 按x升序排列，x大的在堆顶
    }
};

优先队列的定义：

priority_queue<Point> q;

注意： 优先队列自定义排序规则和 sort() 函数定义 cmp 函数很相似，但是最后返回的情况是相反的。即相同的符号，最后定义的排列顺序是完全相反的。

所以只需要记住 sort 的排序规则和优先队列的排序规则是相反的就可以了。

3、存储特殊类型的优先级

存储pair类型：

排序规则：

默认先对 pair 的 first 进行降序排序，然后再对 second 降序排序

对 first 先排序，大的排在前面，如果 first 元素相同，再对 second 元素排序，保持大的在前面。

#include<iostream>
#include<queue>
using namespace std;
int main() {
    priority_queue<pair<int, int> >q;
    q.push({7, 8});
    q.push({7, 9});
    q.push(make_pair(8, 7));
    while(!q.empty()) {
        cout << q.top().first << " " << q.top().second;
        q.pop();
    }
    return 0;
}
//结果：
//8 7
//7 9
//7 8

map

介绍

映射类似于函数的对应关系，每个 key 对应一个 value ，而 map 是每个键对应一个值。

1、头文件

#include<map>

2、初始化

map<string, string> mp;
map<string, int> mp;
map<int, node> mp; // node是结构体类型

map特性：map会按照键的顺序从小到大自动排序，键的类型必须可以比较大小

常用函数

#include<iostream>
#include<map>
using namespace std;
map<int ,int>mp;
int main() {
    mp.find(key);//返回健为key的映射的迭代器  O(logN)
    //注意：用find函数来定位数据出现的位置，它返回一个迭代器。当数据存在时，返回数据所在位置的迭代器，当数据不存在时，返回mp.end()
    mp.erase(it);//删除迭代器对应的键和值  O(1)
    mp.erase(key);//根据映射的键删除键和值  O(logN)
    mp.erase(first,last);//删除[first,last)区间的迭代器对应的键和值  O(last-first)
    mp.size();//返回映射的对数  O(1)
    mp.clear();//清空map中的所有元素  O(n)
    mp.insert();//插入元素，插入时要构造键值对
    mp.empty();//判断map是否为空，为空返回true，为假返回false
    mp.begin();//返回指向map第一个元素的迭代器(地址)
    mp.end();//返回指向map最后一个元素的下一个地址
    mp.rbegin();//返回指向map最后一个元素的迭代器(地址)
    mp.rend();//返回指向元素map第一个元素的前一个地址(逆向迭代器)
    mp.count(key);//查看元素是否存在，因为map中的键值是唯一的，存在返回true，不存在返回false
    mp.lower_bound();//返回一个迭代器，指向键值>=key的第一个元素
    mp.upper_bound();//返回一个迭代器，指向键值>key的第一个元素
}

注意点：

查找元素是否存在时，可以使用① mp.find() ② mp.count() ③ mp[key]但是第三种情况，如果不存在对应的 key 时，会自动创建一个键值对（产生一个额外的键值对空间）所以为了不增加额外的空间负担，最好使用前两种方法。

迭代器进行正反向遍历：

1、mp.begin() 和 mp.end() 用于正向遍历map

#include<iostream>
#include<map>
using namespace std;
map<int ,int>mp;
int main() {
    int n;
    cin>>n;
    for(int i=1;i<=n;i++){
        int x,y;
        cin>>x>>y;
        mp[x]=y;
    }
    auto it=mp.begin();
    while(it!=mp.end()){
        cout<<it->first<<" "<<it->second<<endl;
        it++;
    }
}

2、mp.rbegin() 和 mp.rend()用于逆向遍历map

#include<iostream>
#include<map>
using namespace std;
map<int ,int>mp;
int main() {
    int n;
    cin>>n;
    for(int i=1;i<=n;i++){
        int x,y;
        cin>>x>>y;
        mp[x]=y;
    }
    auto it=mp.rbegin();
    while(it!=mp.rend()){
        cout<<it->first<<" "<<it->second<<endl;
        it++;
    }
}

二分查找：

map的二分查找以第一个元素（即键为准），对键进行二分查找返回值为map迭代器类型

#include<iostream>
#include<map>
using namespace std;
map<int ,int>mp{{1,2},{2,2},{3,2},{6,2},{8,2}};//有序
int main() {//判断的是key返回的也是key的值
    map<int ,int>::iterator it1=mp.lower_bound(2);//左边界
    cout<<it1->first;//2
    map<int ,int>::iterator it2=mp.upper_bound(6);//右边界
    cout<<it2->first;//8
    return 0;
}

添加元素：

先声明：

map<string ,string>mp;

方法一：

mp["abcd"]="abcd";

方法二：

mp.insert(make_pair("abcd","abcd"));

方法三：

mp.insert(pair<string ,string>("abcd","abcd"));

方法四：

mp.insert({"abcd","abcd"});

访问元素

1、下标访问：

#include<iostream>
#include<map>
using namespace std;
map<string ,string>mp;
int main() {
    mp["abcd"]="efg";
    cout<<mp["abcd"];
}

2、遍历访问：

方法一：迭代器访问

#include<iostream>
#include<map>
using namespace std;
map<string ,string>mp;
int main() {
    mp["abcd"]="efg";
    map<string ,string>::iterator it;
    for(it=mp.begin();it!=mp.end();it++){
        cout<<it->first<<" "<<it->second;
        //it是结构体指针访问要用  ->  访问
        cout<<(*it).first<<" "<<(*it).second;
        //*it是结构体变量访问要用  .  访问
    }
}

方法二：智能指针

#include<iostream>
#include<map>
using namespace std;
map<string ,string>mp;
int main() {
    mp["abcd"]="efg";
    map<string ,string>::iterator it;
    for(auto i:mp){
        cout<<i.first<<" "<<i.second;
    }
}

方法三：对指定单个元素访问

#include<iostream>
#include<map>
using namespace std;
map<string ,string>mp;
int main() {
    mp["abcd"]="efg";
    map<string ,string>::iterator it=mp.find("abcd");//key的值
    cout<<it->first<<" "<<it->second;
}

方法四：c++17特性

#include<iostream>
#include<map>
using namespace std;
map<string ,string>mp;
int main() {
    mp["abcd"]="efg";
    for(auto [x,y]:mp){
        cout<<x<<" "<<y;
    }
}

map与unordered_map的比较

头文件：

#include <unordered_map>

1、内部实现原理

map：内部用红黑树实现，具有自动排序（按键从小到大）功能。

unordered_map：内部用哈希表实现，内部元素无序杂乱。

2、效率比较

map：

优点：内部用红黑树实现，内部元素具有有序性，查询删除等操作复杂度为O(logN)

缺点：占用空间，红黑树里每个节点需要保存父子节点和红黑性质等信息，空间占用较大。

unordered_map：

优点：内部用哈希表实现，查找速度非常快（适用于大量的查询操作）。

缺点：建立哈希表比较耗时。

两者方法函数基本一样，差别不大。

注意：

随着内部元素越来越多，两种容器的插入删除查询操作的时间都会逐渐变大，效率逐渐变低。

使用 [] 查找元素时，如果元素不存在，两种容器都是创建一个空的元素；如果存在，会正常索引对应的值。所以如果查询过多的不存在的元素值，容器内部会创建大量的空的键值对，后续查询创建删除效率会大大降低。

查询容器内部元素的最优方法是：先判断存在与否，再索引对应值（适用于这两种容器）

#include<iostream>
#include<map>
using namespace std;
map<string ,string>mp;
int main() {
    mp["abcd"]="efg";
    string s="abcd";//key的值
    if(mp.count(s)){
        cout<<mp[s];
    }
}

multimap

键可以重复，即一个键对应多个值。

1、头文件：

#include<map>

2、初始化：

方法一：

multimap<string, int> mymultimap{{"penny",1},{"leonard",2},{"sheldon",3}};

方法二：

//借助pair类模板的构造函数生成各个pair类型的键值对
multimap<string,int> mymultimap{
    pair<string,int>{"penny",1},
    pair<string,int>{"leonard",2},
    pair<string,int>{"sheldon",3}
};
//调用make_pair()函数，生成键值对元素；然后创建并初始化multimap容器
multimap<string,int> mymultimap{
    make_pair("penny", 1),
    make_pair("leonard",2),
    make_pair("sheldon",3)
};

方法三：

拷贝（复制）构造函数，也可以初始化新的multimap容器。

//创建一个会返回临时multimap对象的函数
multimap<string,int> tmpmultimap(){
    multimap<string,int> tempmultimap{{"penny",1},{"leonard",2}};
    return tempmultimap;
}
//在main函数中调用multimap类模板的移动构造函数创建newmultimap容器
multimap<string,int> newmultimap(tmpmultimap());

方法四：

multimap类模板还支持从已有的multimap容器中，选取某块区域内的所有键值对，用作初始化新multimap容器时使用。

#include<iostream>
#include<map>
#include<string>
using namespace std;
int main(){
    //创建并初始化multimap容器
    multimap<string,int> mymultimap{
        {"penny",1},{"leonard",2},{"sheldon",3},{"howard",4}};
    multimap<string,int> newmultimap(++mymultimap.begin(),mymultimap.end());      
    for(auto iter = newmultimap.begin(); iter != newmultimap.end(); iter++){
        cout<<iter->first<<" "<<iter->second<<endl;
    }
    return 0;
}

和map容器相比，multimap未提供at()成员方法，也没有重载[ ] 运算符。map容器中通过指定键获取指定键值对的方式，将不再适用于multimap容器。multimap容器提供的成员方法，map容器都有提供，并且它们的用法是相同的。