一篇文章彻底搞懂C++常见容器
作者：头发够用的程序员
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
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