C++STL十大容器全面解析
C++ STL容器详解（十种常用容器）
C++ 标准模板库（STL）提供了一系列高效的数据结构容器，用于存储和管理数据。这些容器分为顺序容器、关联容器和容器适配器。以下将详细介绍十种常用容器：vector、list、deque、stack、queue、priority_queue、set、multiset、map 和 multimap。每个容器的介绍包括特性、时间复杂度、使用场景和代码示例。
1. vector（向量）
vector 是一个动态数组，支持随机访问。它在内存中是连续的，允许在尾部高效插入和删除元素。
- 特性：顺序容器，可动态调整大小。
- 时间复杂度：
- 随机访问：$O(1)$
- 尾部插入/删除：$O(1)$（平均情况）
- 中间插入/删除：$O(n)$
- 使用场景：需要随机访问的场景，如数组替代品。
- 代码示例：
#include
#include
int main() {
std::vector vec = {1, 2, 3}; // 初始化
vec.push_back(4); // 尾部插入，O(1)
std::cout << vec[0] << std::endl; // 随机访问，O(1)
return 0;
}
http://my.tv.sohu.com/us/442092364/698194031.shtml
https://tv.sohu.com/v/dXMvNDQyMDkyMzY0LzY5ODE5NDAzMS5zaHRtbA==.html
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http://my.tv.sohu.com/us/442092364/698194390.shtml
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http://my.tv.sohu.com/us/442092364/698194486.shtml
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http://my.tv.sohu.com/us/442092364/698194638.shtml
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http://my.tv.sohu.com/us/442092364/698194802.shtml
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2. list（双向链表）
list 是一个双向链表，支持在任意位置高效插入和删除元素，但不支持随机访问。
- 特性：顺序容器，元素不连续存储。
- 时间复杂度：
- 插入/删除任意位置：$O(1)$（如果已知迭代器）
- 随机访问：$O(n)$
- 使用场景：需要频繁在中间插入或删除元素的场景。
- 代码示例：
#include
#include
int main() {
std::list lst = {1, 2, 3}; // 初始化
auto it = lst.begin();
++it;
lst.insert(it, 4); // 在位置插入，O(1)
for (int n : lst) std::cout << n << " "; // 遍历
return 0;
}
3. deque（双端队列）
deque 是一个双端队列，支持在头部和尾部高效插入和删除元素，同时支持随机访问。
- 特性：顺序容器，分段连续存储。
- 时间复杂度：
- 头部/尾部插入/删除：$O(1)$
- 随机访问：$O(1)$
- 使用场景：需要频繁在两端操作元素的场景，如队列和栈的组合。
- 代码示例：
#include
#include
int main() {
std::deque dq = {1, 2, 3}; // 初始化
dq.push_front(0); // 头部插入，O(1)
dq.push_back(4); // 尾部插入，O(1)
std::cout << dq[1] << std::endl; // 随机访问，O(1)
return 0;
}
http://my.tv.sohu.com/us/442092364/698194031.shtml
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http://my.tv.sohu.com/us/442092364/698194075.shtml
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http://my.tv.sohu.com/us/442092364/698194078.shtml
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http://my.tv.sohu.com/us/442092364/698194802.shtml
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4. stack（栈）
stack 是一个容器适配器，基于其他容器（如 deque 或 list）实现后进先出（LIFO）操作。
- 特性：容器适配器，只允许在顶部插入和删除。
- 时间复杂度：
- 插入（push）：$O(1)$
- 删除（pop）：$O(1)$
- 使用场景：需要 LIFO 行为的场景，如函数调用栈。
- 代码示例：
#include
#include
int main() {
std::stack st;
st.push(1); // 压栈，O(1)
st.push(2);
std::cout << st.top() << std::endl; // 查看栈顶，O(1)
st.pop(); // 出栈，O(1)
return 0;
}
5. queue（队列）
queue 是一个容器适配器，基于其他容器（如 deque）实现先进先出（FIFO）操作。
- 特性：容器适配器，只允许在尾部插入和头部删除。
- 时间复杂度：
- 插入（push）：$O(1)$
- 删除（pop）：$O(1)$
- 使用场景：需要 FIFO 行为的场景，如任务调度。
- 代码示例：
#include
#include
int main() {
std::queue q;
q.push(1); // 入队，O(1)
q.push(2);
std::cout << q.front() << std::endl; // 查看队头，O(1)
q.pop(); // 出队，O(1)
return 0;
}
6. priority_queue（优先队列）
priority_queue 是一个容器适配器，基于堆实现，元素按优先级排序（默认最大堆）。
- 特性：容器适配器，元素有序。
- 时间复杂度：
- 插入（push）：$O(log n)$
- 删除（pop）：$O(log n)$
- 访问顶部元素：$O(1)$
- 使用场景：需要快速访问最大或最小元素的场景，如 Dijkstra 算法。
- 代码示例：
#include
#include
int main() {
std::priority_queue pq; // 默认最大堆
pq.push(3); // 插入，O(log n)
pq.push(1);
pq.push(2);
std::cout << pq.top() << std::endl; // 顶部元素，O(1)
pq.pop(); // 删除顶部，O(log n)
return 0;
}
7. set（集合）
set 是一个关联容器，存储唯一元素，基于红黑树实现，元素自动排序。
- 特性：关联容器，元素唯一且有序。
- 时间复杂度：
- 插入/删除：$O(log n)$
- 查找：$O(log n)$
- 使用场景：需要唯一元素和快速查找的场景。
- 代码示例：
#include
#include
int main() {
std::set s;
s.insert(3); // 插入，O(log n)
s.insert(1);
s.insert(2);
if (s.find(2) != s.end()) std::cout << "Found" << std::endl; // 查找，O(log n)
return 0;
}
8. multiset（多重集合）
multiset 类似于 set，但允许重复元素。
- 特性：关联容器，元素可重复且有序。
- 时间复杂度：
- 插入/删除：$O(log n)$
- 查找：$O(log n)$
- 使用场景：需要重复元素和排序的场景。
- 代码示例：
#include
#include
int main() {
std::multiset ms;
ms.insert(1); // 插入，O(log n)
ms.insert(1); // 允许重复
std::cout << ms.count(1) << std::endl; // 计数，O(log n)
return 0;
}
9. map（映射）
map 是一个关联容器，存储键值对，键唯一且有序，基于红黑树实现。
- 特性：关联容器，键唯一，支持通过键访问值。
- 时间复杂度：
- 插入/删除：$O(log n)$
- 查找：$O(log n)$
- 使用场景：需要键值对映射的场景，如字典。
- 代码示例：
#include
10. multimap（多重映射）
multimap 类似于 map，但允许重复键。
- 特性：关联容器，键可重复且有序。
- 时间复杂度：
- 插入/删除：$O(log n)$
- 查找：$O(log n)$
- 使用场景：需要一键多值的场景。
- 代码示例：
#include
总结
STL容器提供了高效的数据管理方案：
- 顺序容器：vector、list、deque 支持灵活的元素访问。
- 容器适配器：stack、queue、priority_queue 基于其他容器实现特定行为。
- 关联容器：set、multiset、map、multimap 提供有序存储和快速查找。
选择合适的容器取决于具体需求，如随机访问、插入频率或元素唯一性。使用这些容器时，注意时间复杂度以优化性能。C++ STL 的完整实现可参考标准库文档。
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