概念和作用

C++标准模板库（Standard Template Library，STL）提供了一组通用的模板类和函数，用于处理常见的数据结构和算法。STL中的标准容器是其中的重要组成部分，它们提供了不同的数据结构和操作方式，适用于各种不同的使用场景。

说白了，就是每一种容器代表一种特定的数据结构。我们在学C语言数据结构时，绝大部分数据结构如栈、队列、链表等，都需要我们自己去构造，而STL帮我们构造封装好了，我们可以直接使用。

在C++中我们需要熟悉的常用容器包括：

• vector 　　点
• array　　　击
• list 　　　 此
• deque 　　　处
• queue　　　可
• stack 　　　以
• map 　　　　直
• multimap 　接
• set 　　　　跳
• multiset 　转

特点和使用场景

vector

vector 叫向量，我们可以按C语言的数组理解它，vector容器对应的数据结构，是线性表的顺序存储。

1. 内部实现结构

vector是一个连续的动态数组，它在内存中以连续的方式存储元素，这使得在向量中进行随机访问非常高效，因为当我们需要访问一个位置的元素是，只需要根据首地址、位置和数据字节大小就可以计算出待访问位置的数据地址。

vector需要的内存块是连续的，它通常需要比实际元素数量更多的内存空间。当元素数量超过当前容量时，向量会自动重新分配更大的内存块，并将元素复制到新的内存中。

示意图如下

2. 性能和效率

Search

线性访问操作，由于元素地址可以直接计算出来，所以时间复杂度为O(1)

Insert/Remove

在向量的末尾进行插入和删除操作非常高效(push back())，时间复杂度为O(1)。但在中间位置进行插入和删除操作的性能较差，需要移动元素，时间复杂度为O(n)。

以插入为例：

可以看出，元素3及之后的元素都要进行向后移动，删除也一样，删除位置及之后的元素都要向前移动

3. 使用场景

需要高效的随机访问和动态大小调整的容器时，可选择选vector。它适用于需要频繁访问元素、在末尾插入和删除元素的场景。

4. 常用操作

• 在末尾插入元素：使用push_back(value)函数将元素添加到向量的末尾。
• 在指定位置插入元素：使用insert(pos,value)函数在向量的指定位置插入元素，pos为迭代器。
• 访问元素：使用索引运算符（[]）或迭代器（*it）来访问向量中的元素。
• 获取向量大小：使用size()函数获取向量中的元素数量。
• 动态调整向量大小：向量会根据需要自动调整大小，也可以使用resize()函数手动调整大小

array

array和vector类似，是一个数组，但它是一个固定长度的数组，不可改变大小，相比而言，vector则是一个动态数组，可以动态改变大小。

1. 内部实现结构

和vector类似，区别就是array长度固定，而且比数组安全，不用担心越界。但是内容在栈上，属于定长容器。

2. 性能和效率

访问时和vector一样，时间复杂度是O(1)，对于插入和删除，由于array的大小固定，无法在中间位置插入或删除元素。只能通过直接赋值或使用fill()函数来修改元素的值。

list

list是链表，准确的说，应该是双向链表。也就是线性表的链式存储这一数据结构。

1. 内部实现结构

链表是使用节点来存储元素，每个节点都包含一个值以及指向前一个节点和后一个节点的指针。由于list使用链表结构，它不需要连续的内存块，因此在内存占用方面相对灵活，每个节点都需要额外的内存来存储指针，指向下一个节点。节点间的地址大不是连续的。

list双向链表示意图如下

2. 性能和效率

Search

由于链表的特性，list不支持高效的随机访问，由于节点间地址不连续，无法计算特定位置的节点地址，而每个节点又只存储着下一节点的地址，所以要访问特定位置的元素，需要从头节点或尾节点开始遍历链表，时间复杂度为O(n)。

Insert/Remove

在list中进行插入和删除操作效率比vector高,时间复杂度为O(1)。因为只需要调整相邻节点的指针。

删除操作也一样。

3. 使用场景

当需要频繁进行插入和删除操作，而不需要频繁随机访问元素时，可以选择list。它适用于需要在任意位置插入和删除元素的场景。

4. 常用操作

• 在指定位置插入元素：使用insert(pos,value)函数在链表的指定位置插入元素（pos为迭代器）。
• 在末尾插入元素：使用push_back(value)函数将元素添加到链表的末尾。
• 在开头插入元素：使用push_front(value)函数将元素添加到链表的开头。
• 删除指定位置的元素：使用erase(pos)函数删除链表中指定位置的元素。
• 访问元素：使用迭代器来遍历链表并访问元素。

  for(std::list<int>::iterator it = mylist.begin(); it != mylist.end(); it++){
  	std::cout<<*it<<std::endl;
  }
  

• 获取链表大小：使用size()函数获取链表中的元素数量。

补充：为什么迭代器遍历判断条件是it != mylist.end()？看下图就会明白了：

deque

deque容器，是双端动态数组，也叫双端队列，可以对头端和尾端进行插入删除操作。

1. 内部实现结构

如上图，deque内部有个中控器，维护每段缓冲区，每个缓冲区都是一个固定大小的数组，用于存储一部分元素，中控器维护的是每个缓冲区的地址，使得使用deque时像一片连续的内存空间。实际deque类似于一个动态的二维数组

由于deque使用多个缓冲区，它可以根据需要动态增长。当需要插入更多元素时，deque会分配新的缓冲区，因此它的内存占用可以根据实际元素数量进行调整。

换句话说，中控器是连续存储的空间，存储着缓冲区的地址。每个缓冲区之间地址不连续，但同一个缓冲区就是一个固定大小的数组。所以deque每一个元素的位置都可以计算出来，看起来就是连续的内存空间

2. 性能和效率

Search

deque对随机访问操作也是具有高效率的，时间复杂度为O(1)。

原因是：deque会根据索引计算出对应的缓冲区和元素位置。具体的计算过程如下：

1. 首先，deque会根据索引计算出元素所在的缓冲区。由于每个缓冲区的大小是固定的，可以通过索引除以缓冲区大小来得到所在的缓冲区的索引。
2. 接下来，deque会根据缓冲区索引找到对应的缓冲区，并通过指针跳转到该缓冲区。
3. 最后，deque会根据元素在缓冲区中的位置进行偏移，以获取正确的元素。

Insert/Remove

deque可以根据计算直接在两端进行插入和删除操作，时间复杂度为O(1)。

当需要在中间插入或删除元素时，就和vector类似，需要移动元素了，这种情况下的时间复杂度为O(n)

3. 使用场景

deque适用于需要在两端频繁进行插入和删除操作的场景。它可以作为一个高效的双端队列使用，允许在队头和队尾进行快速插入和删除操作。

4. 常用操作

• 在头部插入元素：使用push_front(value)函数将元素添加到deque的头部。
• 在尾部插入元素：使用push_back(value)函数将元素添加到deque的尾部。
• 在头部删除元素：使用pop_front()函数从deque的头部删除元素。
• 在尾部删除元素：使用pop_back()函数从deque的尾部删除元素。
• 访问两端元素：使用front()和back()函数访问两端元素。
• 访问元素：使用索引运算符（[]）或迭代器来访问deque中的元素。
• 获取deque大小：使用size()函数获取deque中的元素数量。

queue

queue，队列，是一种先入先出(FIFO)的数据结构，队尾进，队头出，访问也只能访问头部和尾部。示意图如下

1. 内部实现结构

queue是在deque的基础上进行封装的，基于deque实现，它的内存占用和deque相似，可以根据实际元素数量进行调整。

也就是说，queue是进一步封装的数据结构，内部实现和底层数据结构类似，只是多了一些功能或限制。

2. 性能和效率

Search

由于queue是一个队列，不支持随机访问，没有迭代器，不具备遍历功能，只能查看队头和队尾元素。

Insert/Remove

同理，不具备随机插入和删除功能，只能队尾插入，队头删除。

3. 使用场景

当需要按照先进先出的顺序处理元素时可选择。queue适用于模拟排队、任务调度等场景

4. 常用操作

• 在队尾插入元素：使用push(value)函数将元素添加到队列的尾部。
• 在队头删除元素：使用pop()函数从队列的头部删除元素。
• 访问队头元素：使用front()函数获取队列的头部元素。
• 访问队尾元素：使用back()函数获取队列的尾部元素。
• 检查队列是否为空：使用empty()函数检查队列是否为空。
• 获取队列大小：使用size()函数获取队列中的元素数量。

stack

stack，栈，是一种先入后出(FILO)的数据结构，只有一个出入口，那就是栈顶。栈顶插入数据叫入栈、弹出数据叫出栈。示意图如下

作为栈结构，stack也不支持不支持随机访问，只能在栈顶插入和删除元素，时间复杂度为O(1)。

1. 内部实现结构

和queue类似，stack也是进一步封装规定的数据结构，可以在deque、list 或 vector）的基础上进行封装的。因此内存占用与内部实现和底层数据结构一样。

在STL中，默认构造的的stack是以deque为底层容器的；

std::stack<T> myStack; // T 是元素类型，例如 int、double 等

当然也可以显示构造，指定底层容器

std::stack<T, std::vector<T>> myStack;  // 使用 vector 作为底层容器

2. 使用场景

当需要按照后进先出的顺序处理元素时选择，栈也可适用于需要实现逆序操作、括号匹配、表达式求值等场景。

3. 常用操作

• 在栈顶插入元素：使用 push(value) 函数将元素添加到栈的顶部。
• 在栈顶删除元素：使用 pop() 函数从栈的顶部删除元素。
• 访问栈顶元素：使用 top() 函数获取栈的顶部元素。
• 检查栈是否为空：使用 empty() 函数检查栈是否为空。
• 获取栈的大小：使用 size() 函数获取栈中的元素数量。

map

map是STL的一个关联容器，它提供一对一的hash.

• 第一个可以称为键(key)，每个键只能在map中出现一次；
• 第二个可能称为该键的值(value)；

1. 内部实现结构

map使用红黑树（Red-Black Tree）作为底层数据结构。红黑树是一种自平衡的二叉搜索树，具有良好的查找、插入和删除性能。

数的每个节点包括键、值、左孩子和右孩子节点指针。

2. 键的唯一性和有序性

map中的键是唯一的，每个键只能对应一个值。如果尝试插入具有相同键的元素，旧的元素将被新的元素替换。

map中的键值对按照键的有序性进行存储。这使得可以在map中进行范围查找、按键排序等操作。

3. 性能和效率

Search

map提供了对数时间复杂度的查找操作。红黑树的自平衡性质使得在树上进行查找操作的时间复杂度为 O(log n)，其中 n 是元素的数量。

Insert/Remove

插入和删除操作也具有对数时间复杂度。通过红黑树的自平衡性质，插入和删除操作的时间复杂度为 O(log n)

4. 使用场景

当需要高效地存储大量键值对，并且需要按照键的有序性进行访问时，可选择map。它适用于需要快速查找、范围查找和按键排序的场景。

5. 常用操作

• 插入元素：将键值对插入容器中。但由于红黑树的性质，map中的元素是按照键的有序性进行存储的，并不会按照插入的顺序进行存储。个人感觉1和2方法比较方便。

  1. mymap[key] = value;
  2. mymap.insert({key,value});
  3. mymap.insert(pair<int, string>(key, value));
  4. mymap.insert(map<int, string>::value_type(key, value));
  

• 删除元素：使用erase(iter)或erase(key)从容器中删除元素，iter为迭代器。
• 查找元素：

  1. 使用`find(key)`函数查找特定键对应的键值对位置，返回迭代器类型。
  	map<string,int>::iterator it = mymap.find(key);
  	it->first    是key
  	it->second   是value
  

• 检查容器是否为空：使用empty()函数检查容器是否为空。
• 获取容器中的元素数量：使用size()函数获取容器中的元素数量。
• 迭代访问元素：使用迭代器进行范围遍历或按键顺序遍历。

  for(auto it = mymap.begin();it!=mymap.end();it++){
  

cout<first<<endl;
cout<second<<endl;
}
```

map的自定义排序

#include<bits/stdc++.h>
using namespace std;
//对于map中的key进行paixu
 
struct rule{
	bool operator()(string a,string b){
		return a>b;//对于键是string型按照从大到小排
	}
};
 
int main()
{
	//map中的第三个参数其实就是排序规则，之前不写就会默认成默认排序
	map<string,int,rule>m;
	m["asas"]=199;
	m["zx"]=99;
	m["gsgus"]=878;
	m["yuy"]=1515;
	map<string,int,rule>::iterator it;
	for(it=m.begin();it!=m.end();it++){
		cout<<it->first<<" "<<it->second<<endl;
	}
	return 0;
}

C++中的map排序_c++ map排序_菜到极致就是渣的博客-CSDN博客

C++的map排序_c++ map排序-CSDN博客

set

set,集合。其实与map做比较的话，可以理解为set里的元素就是map里的key，它和map使用的底层数据结构都一样，都是红黑树。

1. 元素的唯一性和有序性

set中的元素是唯一的，每个元素只能出现一次。如果尝试插入已经存在的元素，插入操作将被忽略。

set中的元素按照它们的有序性进行存储。这使得可以在set中进行范围查找、按元素排序等操作

2. 性能和效率

和map一样

3.使用场景

当需要存储一组唯一元素，并且需要按照元素的有序性进行访问时，可选择set。它适用于需要快速查找、范围查找和按元素排序的场景。

4. 常用操作

• 插入元素：使用insert(value)函数将元素插入容器中。由于红黑树的性质，set中的元素是按照它们的有序性进行存储的，并不会按照插入的顺序进行存储。
• 删除元素：使用erase(value)或erase(iter)从容器中删除元素。
• 查找元素：使用find(value)函数查找特定元素，返回迭代器。
• 检查容器是否为空：使用empty()函数检查容器是否为空。
• 获取容器中的元素数量：使用size()函数获取容器中的元素数量。
• 迭代访问元素：使用迭代器进行范围遍历或按元素顺序遍历。

  	for(auto it = myset.begin();it!=myset.end();it++){
  

cout<<*it<<endl;
}
```

multimap

multimap和map的最大区别是，multimap可以存在相同的键key，其它用法原理应该和map一样的，头文件也是<map>

multiset

multiset和set的区别是，multiset可以存在相同的元素value，其它用法原理和set一样，头文件也是<set>。感觉用对元素排序很方便。自定义排序规则和map小节介绍的一样。

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