C++常见容器一网打尽

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1.概述

C++容器属于STL（标准模板库）中的一部分（六大组件之一），从字面意思理解，生活中的容器用来存放（容纳）水或者食物，东西，而C++中的容器用来存放各种各样的数据，不同的容器具有不同的特性，下图（思维导图）中列举除了常见的几种C++容器，而这部分C++的容器与python中的序列有很多相似之处，也许这也很好地印证了江湖上“C生万物”的说法。因本人是学完python后才学C++的，突然有种：“山重水复疑无路，柳暗花明又一村”的感觉。因为python是偏向于顶层的语言，那时候什么迭代器，生成器之类的东西都不是非常清楚，然后在C++中又遇到了类似内容，便有了更好的理解，也许这就是很多人不建议初学者学习python的原因吧。

2.容器详解

2.1vector（向量）

从这个命名就可以很好地理解，在线性代数中，向量是一维的结构，而在容器中，向量也是看似一维的存储形式。可以理解为长度可变的数组。只不过在尾部增删数据的时候效率最高，其他位置增删数据则效率较低。举个例子（开胃菜）：

#include <iostream> 
#include <vector> 
using namespace std;
// 程序的主函数
int main()
{
	vector<int> V;
	V.push_back(1);
	V.push_back(2);
	V.push_back(1);
	V.push_back(2);
	cout << V[0] << endl;
	system("pause");
	return 0;
}

打印输出：1。
从上面的例子可以看出，向量和数组的用法极其类似。当然，容器还有一个极其好用的功能，就是容器的嵌套使用。

#include <iostream> 
#include <vector> 
using namespace std;
// 程序的主函数
int main()
{
	vector<vector<int>> V;
	vector<int> sub_V;
	sub_V.push_back(1);
	sub_V.push_back(2);
	sub_V.push_back(1);
	V.push_back(sub_V);
	cout << V[0][1] << endl;
	system("pause");
	return 0;
}

打印输出2这个时候的向量可以看作是一个二维数组，当然比二维数组更加灵活、强大。
当然向量容器还有其他更加丰富的操作。比如：

    int size = vec1.size();         //元素个数
 
    bool isEmpty = vec1.empty();    //判断是否为空
 
    vec1.insert(vec1.end(),5,3);    //从vec1.back位置插入5个值为3的元素
 
    vec1.pop_back();              //删除末尾元素
 
    vec1.erase(vec1.begin(),vec1.end());//删除之间的元素，其他元素前移
 
    cout<<(vec1==vec2)?true:false;  //判断是否相等==、！=、>=、<=...
 
    vector<int>::iterator iter = vec1.begin();    //获取迭代器首地址
 
    vector<int>::const_iterator c_iter = vec1.begin();   //获取const类型迭代器
 
    vec1.clear();                 //清空元素

举个最常见的例子：

#include <iostream> 
#include <vector> 
using namespace std;
// 程序的主函数
int main()
{
	vector<int> V;
	V.push_back(1);
	V.push_back(2);
	V.push_back(3);
	for (vector<int>::iterator it = V.begin(); it != V.end(); it++)
		cout << *it << " ";
	cout << endl;
	cout << "==========================" << endl;
	V.insert(V.begin() + 2,10);
	for (vector<int>::iterator it = V.begin(); it != V.end(); it++)
		cout << *it << " ";
	system("pause");
	return 0;
}

注意如果不是在其尾部插入数据，要传入插入位置的迭代器。
打印输出：

2.2deque（双端队列）

deque，顾名思义，从前后两端都可以进行数据的插入和删除操作，同时支持数据的快速随机访问。举个例子：

#include <iostream> 
#include <deque> 
using namespace std;
// 程序的主函数
int main()
{
	deque<int> D;
	D.push_back(1);
	D.push_back(2);
	D.push_back(3);
	for (deque<int>::iterator it = D.begin(); it != D.end(); it++)
		cout << *it << " ";
	cout << endl;
	cout << "============在其索引2的位置插入10：" << endl;
	D.insert(D.begin() + 2,10);
	for (deque<int>::iterator it = D.begin(); it != D.end(); it++)
		cout << *it << " ";
	cout << endl;
	cout << "============在其头部插入0：" << endl;
	D.push_front(0);
	for (deque<int>::iterator it = D.begin(); it != D.end(); it++)
		cout << *it << " ";
	cout << endl;
	cout << "============在其头部弹出0：" << endl;
	D.pop_front();
	for (deque<int>::iterator it = D.begin(); it != D.end(); it++)
		cout << *it << " ";
	system("pause");
	return 0;
}

打印输出：

2.3list（列表）

列表是用双向链表实现的，所谓的双向链表，指的是既可以从链表的头部开始搜索找到链表的尾部，也可以进行反向搜索，从尾部到头部。这使得list在任何位置插入和删除元素都变得非常高效，但是随机访问速度变得非常慢，因为保存的地址是不连续的，所以list没有重载[]运算符，也就是说，访问list元素的时候，再也不像向量和双端队列那么方便，不可以像我们以前在C语言的时候，访问数组那样对其元素进行访问。
一起来看个例子：

#include <iostream> 
#include <list> 
using namespace std;
// 程序的主函数
int main()
{
	//list的创建和初始化
	list<int> lst1;          //创建空list


	list<int> lst2(3);       //创建含有三个元素的list


	list<int> lst3(3, 2); //创建含有三个元素的值为2的list


	list<int> lst4(lst3);    //使用lst3初始化lst4


	list<int> lst5(lst3.begin(), lst3.end());  //同lst4
	cout << "lst4中的元素有：" << endl;
	for (list<int>::iterator it = lst4.begin(); it != lst4.end(); it++)
		cout << *it << " ";
	cout << endl;
	cout << "lst5中的元素有：" << endl;
	for (list<int>::iterator it = lst5.begin(); it != lst5.end(); it++)
		cout << *it << " ";
	cout << endl;
	system("pause");
	return 0;
}

运行，打印输出：

然后再来看一个元素的添加，排序的例子。

#include <iostream> 
#include <list> 
#include <vector> 
using namespace std;
// 程序的主函数
int main()
{
	//list的创建和初始化
	list<int> lst1;          //创建空list

	for(int i = 0; i < 10; i++)
		lst1.push_back(9-i);                    //添加值
	cout << "lst1中的元素有：" << endl;
	for (list<int>::iterator it = lst1.begin(); it != lst1.end(); it++)
		cout << *it << " ";
	cout << endl;
	cout << "对lst1中的元素进行排序：" << endl;
	lst1.sort();
	for (list<int>::iterator it = lst1.begin(); it != lst1.end(); it++)
		cout << *it << " ";
	cout << endl;
	cout << "在索引为5的地方插入999：" << endl;
	list<int>::iterator insert_it = lst1.begin();
	for (int i = 0; i < 5; i++)
		insert_it++;
	lst1.insert(insert_it, 3, 999);
	for (list<int>::iterator it = lst1.begin(); it != lst1.end(); it++)
		cout << *it << " ";
	cout << endl;
	cout << "删除相邻重复元素后：" << endl;
	lst1.unique();                         //删除相邻重复元素
	for (list<int>::iterator it = lst1.begin(); it != lst1.end(); it++)
		cout << *it << " ";
	cout << endl;
	system("pause");
	return 0;
}

运行后，打印输出：

特别注意，由于list的底层是双向链表，因此insert操作无法直接像向量和双端队列一样直接插入数据，只能通过迭代器的自加移动到相应位置，再插入数据。

2.4 array（数组）

array和C语言中的数组没有太大的区别，建立后只能存储一种类型的数据，且不能改变大小。比较简单，举个例子：

#include <iostream> 
#include <string>
#include <array>
using namespace std;
// 程序的主函数
int main()
{
	array<int, 4> arr = {1, 3, 2};
	cout << "arr values:" << std::endl;
	for (array<int, 4>::iterator it = arr.begin(); it != arr.end(); it++) {
		cout << *it << " ";
	}
	cout << endl;
	cout << "sizeof(arr) = " << sizeof(arr) << endl;
	cout << "size of arr = " << arr.size() << endl;
	cout << "max size arr = " << arr.max_size() << endl;
	cout << "empty = " << (arr.empty() ? "no" : "yes") << endl;
	system("pause");
	return 0;
}

当然，最常见的，array也支持嵌套，可以采用这样的方式来构建二维（多维）数组，由于比较简单，就不举例了。

2.5 string（字符串）

与vector相似的容器。专门用于保存字符。随机访问快。尾部插入删除快。在部分说法中，string不算是STL容器，但是为了内容的完整性，我们还是将其一并学习。

#include <iostream> 
#include <string>
using namespace std;
// 程序的主函数
int main()
{
	string s1 = "Bob:";
	string s2("hellow world!");
	for (int i = 0; i < s1.size(); i++)
	{
		cout << s1[i];
	}
	cout << endl;
	for (int i = 0; i < s2.size(); i++)
	{
		cout << s2[i];
	}
	cout << endl;

	cout << s1 + s2 << endl;
	s1.insert(s1.size(),"you say ");
	cout << s1 + s2 << endl;
	system("pause");
	return 0;
}

运行，打印输出如下：

通过以上例子可以发现，与我们在C语言中学习的string并没有多少区别，其实本身区别也不是很大，只是在创建了之后还可以添加元素（盲猜是新创建了一个同名的string，仅此而已），且添加元素的方式也很简单，直接通过insert(插入位置，需要添加的字符串)这样的格式添加即可。上面一个例子是从末尾添加的，所以索引肯定是s1.size()。当然还有字符串的相加，字符串的比较等，都是属于更为基础的内容，没有添加到例子当中去，感兴趣的同学可以自己找资料去学习。

2.6 map（映射）

map容器和python中的字典非常类似，或者说一模一样。都是通过键值对的方式来存储和访问数据的，底层是通过红黑树来实现的。先来看个map的创建以及初始化的例子。

#include <iostream> 
#include <map> 
#include <string>
using namespace std;
// 程序的主函数
int main()
{
	//map的创建和初始化
	//第一种：用insert函数插入pair数据：
	map<int, string> my_map;
	my_map.insert(pair<int, string>(1, "first"));
	my_map.insert(pair<int, string>(2, "second"));
	//第二种：用insert函数插入value_type数据：
	my_map.insert(map<int, string>::value_type(3, "first"));
	my_map.insert(map<int, string>::value_type(4, "second"));
	//第三种：用数组的方式直接赋值：
	my_map[5] = "first";
	my_map[6] = "second";
	map<int, string>::iterator it;           //迭代器遍历
	for (it = my_map.begin(); it != my_map.end(); it++)
		cout << it->first << "->" <<it->second << endl;
	system("pause");
	return 0;
}

运行，打印输出如下结果：

从以上结果可以看出，其中数组直接赋值的方法最简单直接，最容易理解。当然map保存的是键值对，所以前面的int类型数据（key）并不代表其位置。比方说，我们将其中的int修改为float也是可以的。代码如下：

#include <iostream> 
#include <map> 
#include <string>
using namespace std;
// 程序的主函数
int main()
{
	//map的创建和初始化
	//第一种：用insert函数插入pair数据：
	map<float, string> my_map;
	my_map.insert(pair<float, string>(1, "first"));
	my_map.insert(pair<float, string>(2, "second"));
	//第二种：用insert函数插入value_type数据：
	my_map.insert(map<float, string>::value_type(3, "first"));
	my_map.insert(map<float, string>::value_type(4, "second"));
	//第三种：用数组的方式直接赋值：
	my_map[5.3] = "first";
	my_map[6.6] = "second";
	map<float, string>::iterator it;           //迭代器遍历
	for (it = my_map.begin(); it != my_map.end(); it++)
		cout << it->first << "->" <<it->second << endl;
	system("pause");
	return 0;
}

当然，同其他的容器类型一样，map同样支持嵌套，比如：

#include <iostream> 
#include <map> 
#include <string>
using namespace std;
// 程序的主函数
int main()
{
	//map的嵌套用法
	map<int,map<int,string>> my_map;
	my_map[1][1] = "张三";
	my_map[1][2] = "李四";
	my_map[1][3] = "王五";

	for (map<int, map<int, string>>::iterator it = my_map.begin(); it != my_map.end(); it++)
	{
		for (map<int, string>::iterator in_it = it->second.begin(); in_it != it->second.end(); in_it++)
		{
			cout << it->first << "年级" << in_it->first << "号同学：" << in_it->second << endl;
		}
	}
	cout << endl;	
	system("pause");
	return 0;
}

运行，打印输出如下：

还有一个很重要的问题，就是map元素的删除。map元素的删除有好多种方法，下面仅仅列举 常见几种。

#include <iostream>
#include <map>
#include <string>
using namespace std;

void printMap(const map<string, int>& students)
{
	for (auto ii = students.begin(); ii != students.end(); ii++)
	{
		cout << "姓名:" << ii->first
			<< " \t诗作: " << ii->second << "篇"
			<< endl;
	}
	cout << endl;
}

int main(int argc, char* argv[]) {
	map<string, int> students;
	students["李白"] = 346;
	students["杜甫"] = 300;
	students["王维"] = 200;
	students["李商隐"] = 113;
	students["杜牧"] = 156;
	cout << "原map:" << endl;
	printMap(students);

	students.erase("李白");
	cout << "删除 李白 后：" << endl;
	printMap(students);

	students.erase(std::begin(students));
	cout << "删除第一个元素后：" << endl;
	printMap(students);

	map<string, int>::iterator iter = students.find("杜牧");
	students.erase(iter);
	cout << "删除杜牧后：" << endl;
	printMap(students);
	system("pause");
	return 0;
}

运行后，打印输出：

从上面的例子也可以看出，map中的键值对不一定是按照我们创建的顺序保存数据，map会按照key的值内部进行排序，但是保持其键值对的对应关系不变。

2.7 set（集合）

set也是一种关联性容器，它同map一样，底层使用红黑树实现，插入删除操作时仅仅移动指针即可，不涉及内存的移动和拷贝，所以效率比较高。从中文名就可以明显地看出，在set中不会存在重复的元素，若是保存相同的元素，将直接视为无效，我们先来看个简单的例子（关于set的创建和元素的添加等）：

#include <iostream> 
#include <set> 
#include <vector> 
using namespace std;
// 程序的主函数
int main()
{
	vector<int> ivec;
	for (vector<int>::size_type i = 0; i != 10; i++) {
		ivec.push_back(i);
		ivec.push_back(i);
	}
	set<int> iset(ivec.begin(), ivec.end());
	cout << "向量中的元素为：" << endl;
	for (vector<int>::iterator it = ivec.begin(); it != ivec.end(); it++)
	{
		cout << *it << " ";
	}
	cout << endl;
	cout << "集合中的元素为：" << endl;
	for (set<int>::iterator it = iset.begin(); it != iset.end(); it++)
	{
		cout << *it << " ";
	}
	cout << endl;
	cout << "向量的大小为：" << endl;
	cout << ivec.size() << endl;
	cout << "集合的大小为：" << endl;
	cout << iset.size() << endl; 

	system("pause");
	return 0;
}

打印输出：

上面例子的方法，相当于直接将向量的值赋给了集合，从而顺便创建了集合，那么如果想通过逐一赋值的方式创建集合，又该如何编写代码呢？如何清除集合中的元素呢？以及是否知道某元素在集合中呢？同样我们通过一段代码来看一下。

#include <iostream> 
#include <set> 
#include <vector> 
#include <string>
using namespace std;
// 程序的主函数
int main()
{
	set<string> set1;
	set1.insert("the"); 

	//删除集合
	while (!set1.empty())
	{
		//获取头部
		set<string>::iterator it = set1.begin();
		//打印头部元素
		cout << *it << endl;

		//从头部删除元素
		set1.erase(set1.begin());
	}
	set<int>set2;
	for (int i = 100; i < 110; i++)
		set2.insert(i);
	cout << "set2中5出现的次数为：";
	cout << set2.count(5) << endl;
	set2.clear();
	cout << "set2清除之后的大小为：";
	cout << set2.size() << endl;
	system("pause");
	return 0;
}

运行，打印输出：

通过以上的例子可以发现，set可以直接通过insert()方法添加数据，而数据内部是自动排序的，所以不用担心数据的顺序问题，当然也可以像map那样，通过迭代器添加到指定位置，查询set中有无该数据可以直接使用count()方法，有则返回1，无则返回0。

3.后记

这篇帖子是我在今年（2022）的国庆期间完成的，诚然放弃了很多游玩的时间，和亲人团聚的时间，但是我一直相信努力的意义和重要性，很多时候我们不知道什么时候自己会成功，也不知道自己是否会成功，但我们仍需趁着年轻，努力一把，拼搏一把。在小说《牧羊少年奇幻之旅》中有这样一句话：“当你想要某种东西时，整个宇宙会合力祝你实现愿望。”加油！！！

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