c++---快速记忆stl容器

1. STL 简介

STL（Standard Template Library）是 C++ 标准库的重要组成部分，提供了一套通用的数据结构和算法模板。

核心组成：

• 容器（Container）：存储数据
• 算法（Algorithm）：操作数据
• 迭代器（Iterator）：连接容器与算法

辅助组成：

• 函数对象（Functor）
• 容器适配器（Container Adapter）
• 分配器（Allocator）

在算法竞赛或工程开发中，合理使用 STL 能显著提高效率与可靠性。

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2. 相关概念

2.1 容器（Container）

容器负责元素的存储与管理，但不处理复杂运算。主要分类：

类别	示例	特点
顺序容器	vector, deque, list	按插入顺序存储
关联容器	set, map	基于平衡二叉树，自动排序
无序容器	unordered_set, unordered_map	基于哈希表，访问快速

设计思想：数据结构与算法解耦，实现泛型编程。

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2.2 算法（Algorithm）

算法是针对迭代器区间 [first, last) 的函数模板，独立于容器类型。

常用分类：

• 非修改性 ：find, count, equal
• 修改性 ：copy, remove, unique
• 排序与排列 ：sort, stable_sort, binary_search
• 数值计算 ：accumulate, inner_product

特点：泛用性强，可组合性高，容器与算法完全解耦。

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2.3 迭代器（Iterator）

迭代器是访问容器元素的抽象指针。分类：

类型	特性
输入迭代器	只读，单向遍历
输出迭代器	只写，单向遍历
前向迭代器	读写，单向，可多次遍历
双向迭代器	支持正反向遍历
随机访问迭代器	支持下标访问，效率最高

注意：不同算法对迭代器有最低要求，例如 sort 需要随机访问迭代器。

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2.4 函数对象（Functor）

函数对象是包含 operator() 的对象，可像函数一样调用。用途：

• 自定义算法比较规则：sort(v.begin(), v.end(), cmp)
• 容器排序规则：std::set<T, Compare>
• 数学运算：std::plus<T>, std::greater<T>

优势：可内联优化、携带状态、减少模板开销。

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2.5 容器适配器（Container Adapter）

通过包装已有容器接口，实现特定行为：

适配器	默认底层容器	功能
stack	deque	后进先出（LIFO）
queue	deque	先进先出（FIFO）
priority_queue	vector + 堆	优先级队列

适配器只改变接口，不改变底层容器。

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2.6 分配器（Allocator）

分配器负责容器的内存分配与释放，默认为 std::allocator<T>：

• 分配/释放原始内存
• 构造/析构对象
• 控制内存对齐

自定义分配器可用于：

• 内存池优化
• 特殊硬件对齐
• 共享内存管理

设计原则：可替换，容器对内存管理完全抽象化。

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3. 常用容器与适配器（竞赛实用）

• 顺序容器 ：string, vector, deque
• 适配器 ：stack, queue, priority_queue

容器适配器的使用方式与普通容器基本一致。

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1. 顺序容器

1.1 string（字符串）

用途：存储字符序列，像数组一样访问和修改字符。

构造方法：

string s;               // 空字符串
string s2("hello");     // 用文字初始化
string s3(5, 'x');      // 创建 "xxxxx"
string s4(s2);          // 拷贝已有字符串

访问与读取：

• s[i]：下标访问第 i 个字符（从 0 开始）
• s.at(i)：安全访问，越界会抛异常
• front()：第一个字符
• back()：最后一个字符

修改方法：

• push_back(c)：在末尾加字符
• pop_back()：删除末尾字符
• append(str)：在末尾追加字符串
• insert(pos, str)：在指定位置插入
• erase(pos, len)：删除指定长度
• replace(pos, len, str)：替换子串

信息获取：

• size(), length()：长度
• empty()：是否为空
• capacity()：当前容量

查找与切片：

• find(str)：查找子串
• rfind(str)：从后查找
• substr(pos, len)：截取子串

示例：

string s = "abc";
s.push_back('d');      // s = "abcd"
s.insert(1, "xx");     // s = "axxbcd"
cout << s.substr(1,3); // 输出 "xxb"

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1.2 vector（动态数组）

用途：存储一组同类型元素，可动态扩展，像数组一样访问。

构造方法：

vector<int> v;             // 空向量
vector<int> v2(5);         // 5 个元素，默认值 0
vector<int> v3(5, 10);     // 5 个元素，每个值为 10
vector<int> v4(v3);        // 拷贝

访问与读取：

• v[i]：下标访问
• v.at(i)：安全访问
• front()：第一个元素
• back()：最后一个元素

修改方法：

• push_back(val)：末尾添加
• pop_back()：删除末尾
• insert(it, val)：迭代器位置插入
• erase(it)：删除指定位置
• clear()：清空向量
• resize(n)：改变大小
• swap(v2)：交换两个向量内容

信息获取：

• size()：元素个数
• empty()：是否为空
• capacity()：当前容量
• reserve(n)：预留容量

迭代器：

• begin(), end()：正向遍历
• rbegin(), rend()：反向遍历

示例：

vector<int> v = {1,2,3};
v.push_back(4);             // v = {1,2,3,4}
sort(v.begin(), v.end());   // 排序
for(auto x : v) cout << x;  // 输出 1234

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1.3 deque（双端队列）

用途 ：可从头尾快速插入和删除，比 vector 灵活。

构造方法：

deque<int> d;
deque<int> d2(5);        // 5 个默认元素
deque<int> d3(5, 10);    // 5 个元素，值为 10
deque<int> d4(d3);       // 拷贝

访问与读取：

• d[i], at(i), front(), back()

修改方法：

• push_back(val), push_front(val)
• pop_back(), pop_front()
• insert(it, val)
• erase(it)
• clear()

迭代器：

• begin(), end(), rbegin(), rend()

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2. 容器适配器

2.1 stack（栈，后进先出）

用途：只能操作栈顶元素，典型的"先进后出"结构。

构造方法：

stack<int> s;                 // 默认底层 deque
stack<int, vector<int>> s2;   // 可指定底层容器

方法：

• push(val)：入栈
• pop()：出栈
• top()：查看栈顶
• empty()：是否为空
• size()：元素个数
• swap(s2)：交换栈

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2.2 queue（队列，先进先出）

用途：只能操作队头和队尾，典型的"先进先出"结构。

构造方法：

queue<int> q;
queue<int, deque<int>> q2;

方法：

• push(val)：入队尾
• pop()：出队头
• front()：队头元素
• back()：队尾元素
• empty(), size(), swap(q2)

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2.3 priority_queue（优先级队列）

用途：总是可以快速访问最大或最小元素（默认最大堆）。

构造方法：

priority_queue<int> pq;                       // 大顶堆
priority_queue<int, vector<int>, greater<int>> pq_min; // 小顶堆

方法：

• push(val)：加入元素
• emplace(args...)：原地构造元素
• pop()：删除堆顶
• top()：查看堆顶
• empty(), size(), swap(pq2)

示例：

priority_queue<int> pq;
pq.push(3); pq.push(5); pq.push(1);
cout << pq.top(); // 输出 5
pq.pop();
cout << pq.top(); // 输出 3

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