一篇文章徹底搞懂C++常見容器

更新時間：2023年02月13日 16:38:15 作者：頭發(fā)夠用的程序員

容器就是一些特定類型對象的集合,容器可以分為順序容器和關(guān)聯(lián)容器,下面這篇文章主要給大家介紹了關(guān)于C++常見容器的相關(guān)資料,文中通過實例代碼介紹的非常詳細,需要的朋友可以參考下

1.概述

C++容器屬于STL（標準模板庫）中的一部分（六大組件之一），從字面意思理解，生活中的容器用來存放（容納）水或者食物，東西，而C++中的容器用來存放各種各樣的數(shù)據(jù)，不同的容器具有不同的特性，下圖（思維導圖）中列舉除了常見的幾種C++容器，而這部分C++的容器與python中的序列有很多相似之處，也許這也很好地印證了江湖上“C生萬物”的說法。因本人是學完python后才學C++的，突然有種：“山重水復疑無路，柳暗花明又一村”的感覺。因為python是偏向于頂層的語言，那時候什么迭代器，生成器之類的東西都不是非常清楚，然后在C++中又遇到了類似內(nèi)容，便有了更好的理解，也許這就是很多人不建議初學者學習python的原因吧。

2.容器詳解

2.1vector（向量）

從這個命名就可以很好地理解，在線性代數(shù)中，向量是一維的結(jié)構(gòu)，而在容器中，向量也是看似一維的存儲形式?？梢岳斫鉃殚L度可變的數(shù)組。只不過在尾部增刪數(shù)據(jù)的時候效率最高，其他位置增刪數(shù)據(jù)則效率較低。舉個例子（開胃菜）：

#include <iostream> 
#include <vector> 
using namespace std;
// 程序的主函數(shù)
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;
}

打印輸出：1。

從上面的例子可以看出，向量和數(shù)組的用法極其類似。當然，容器還有一個極其好用的功能，就是容器的嵌套使用。

#include <iostream> 
#include <vector> 
using namespace std;
// 程序的主函數(shù)
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;
}

打印輸出2這個時候的向量可以看作是一個二維數(shù)組，當然比二維數(shù)組更加靈活、強大。

當然向量容器還有其他更加豐富的操作。比如：

    int size = vec1.size();         //元素個數(shù)
    bool isEmpty = vec1.empty();    //判斷是否為空
    vec1.insert(vec1.end(),5,3);    //從vec1.back位置插入5個值為3的元素
    vec1.pop_back();              //刪除末尾元素
    vec1.erase(vec1.begin(),vec1.end());//刪除之間的元素，其他元素前移
    cout<<(vec1==vec2)?true:false;  //判斷是否相等==、！=、>=、<=...
    vector<int>::iterator iter = vec1.begin();    //獲取迭代器首地址
    vector<int>::const_iterator c_iter = vec1.begin();   //獲取const類型迭代器
    vec1.clear();                 //清空元素

舉個最常見的例子：

#include <iostream> 
#include <vector> 
using namespace std;
// 程序的主函數(shù)
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數(shù)據(jù)，要傳入插入位置的迭代器。

打印輸出：

2.2deque（雙端隊列）

deque，顧名思義，從前后兩端都可以進行數(shù)據(jù)的插入和刪除操作，同時支持數(shù)據(jù)的快速隨機訪問。舉個例子：

#include <iostream> 
#include <deque> 
using namespace std;
// 程序的主函數(shù)
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 << "============在其頭部插入0：" << endl;
	D.push_front(0);
	for (deque<int>::iterator it = D.begin(); it != D.end(); it++)
		cout << *it << " ";
	cout << endl;
	cout << "============在其頭部彈出0：" << endl;
	D.pop_front();
	for (deque<int>::iterator it = D.begin(); it != D.end(); it++)
		cout << *it << " ";
	system("pause");
	return 0;
}

打印輸出：

2.3list（列表）

列表是用雙向鏈表實現(xiàn)的，所謂的雙向鏈表，指的是既可以從鏈表的頭部開始搜索找到鏈表的尾部，也可以進行反向搜索，從尾部到頭部。這使得list在任何位置插入和刪除元素都變得非常高效，但是隨機訪問速度變得非常慢，因為保存的地址是不連續(xù)的，所以list沒有重載[]運算符，也就是說，訪問list元素的時候，再也不像向量和雙端隊列那么方便，不可以像我們以前在C語言的時候，訪問數(shù)組那樣對其元素進行訪問。
一起來看個例子：

#include <iostream> 
#include <list> 
using namespace std;
// 程序的主函數(shù)
int main()
{
	//list的創(chuàng)建和初始化
	list<int> lst1;          //創(chuàng)建空list

	list<int> lst2(3);       //創(chuàng)建含有三個元素的list

	list<int> lst3(3, 2); //創(chuàng)建含有三個元素的值為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;
}

運行，打印輸出：

然后再來看一個元素的添加，排序的例子。

#include <iostream> 
#include <list> 
#include <vector> 
using namespace std;
// 程序的主函數(shù)
int main()
{
	//list的創(chuàng)建和初始化
	list<int> lst1;          //創(chuàng)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 << "對lst1中的元素進行排序：" << endl;
	lst1.sort();
	for (list<int>::iterator it = lst1.begin(); it != lst1.end(); it++)
		cout << *it << " ";
	cout << endl;
	cout << "在索引為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 << "刪除相鄰重復元素后：" << endl;
	lst1.unique();                         //刪除相鄰重復元素
	for (list<int>::iterator it = lst1.begin(); it != lst1.end(); it++)
		cout << *it << " ";
	cout << endl;
	system("pause");
	return 0;
}

運行后，打印輸出：

特別注意，由于list的底層是雙向鏈表，因此insert操作無法直接像向量和雙端隊列一樣直接插入數(shù)據(jù)，只能通過迭代器的自加移動到相應位置，再插入數(shù)據(jù)。

2.4 array（數(shù)組）

array和C語言中的數(shù)組沒有太大的區(qū)別，建立后只能存儲一種類型的數(shù)據(jù)，且不能改變大小。比較簡單，舉個例子：

#include <iostream> 
#include <string>
#include <array>
using namespace std;
// 程序的主函數(shù)
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;
}

當然，最常見的，array也支持嵌套，可以采用這樣的方式來構(gòu)建二維（多維）數(shù)組，由于比較簡單，就不舉例了。

2.5 string（字符串）

與vector相似的容器。專門用于保存字符。隨機訪問快。尾部插入刪除快。在部分說法中，string不算是STL容器，但是為了內(nèi)容的完整性，我們還是將其一并學習。

#include <iostream> 
#include <string>
using namespace std;
// 程序的主函數(shù)
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;
}

運行，打印輸出如下：

通過以上例子可以發(fā)現(xiàn)，與我們在C語言中學習的string并沒有多少區(qū)別，其實本身區(qū)別也不是很大，只是在創(chuàng)建了之后還可以添加元素（盲猜是新創(chuàng)建了一個同名的string，僅此而已），且添加元素的方式也很簡單，直接通過insert(插入位置，需要添加的字符串)這樣的格式添加即可。上面一個例子是從末尾添加的，所以索引肯定是s1.size()。當然還有字符串的相加，字符串的比較等，都是屬于更為基礎(chǔ)的內(nèi)容，沒有添加到例子當中去，感興趣的同學可以自己找資料去學習。

2.6 map（映射）

map容器和python中的字典非常類似，或者說一模一樣。都是通過鍵值對的方式來存儲和訪問數(shù)據(jù)的，底層是通過紅黑樹來實現(xiàn)的。先來看個map的創(chuàng)建以及初始化的例子。

#include <iostream> 
#include <map> 
#include <string>
using namespace std;
// 程序的主函數(shù)
int main()
{
	//map的創(chuàng)建和初始化
	//第一種：用insert函數(shù)插入pair數(shù)據(jù)：
	map<int, string> my_map;
	my_map.insert(pair<int, string>(1, "first"));
	my_map.insert(pair<int, string>(2, "second"));
	//第二種：用insert函數(shù)插入value_type數(shù)據(jù)：
	my_map.insert(map<int, string>::value_type(3, "first"));
	my_map.insert(map<int, string>::value_type(4, "second"));
	//第三種：用數(shù)組的方式直接賦值：
	my_map[5] = "first";
	my_map[6] = "second";
	map<int, string>::iterator it;           //迭代器遍歷
	for (it = my_map.begin(); it != my_map.end(); it++)
		cout << it->first << "->" <<it->second << endl;
	system("pause");
	return 0;
}

運行，打印輸出如下結(jié)果：

從以上結(jié)果可以看出，其中數(shù)組直接賦值的方法最簡單直接，最容易理解。當然map保存的是鍵值對，所以前面的int類型數(shù)據(jù)（key）并不代表其位置。比方說，我們將其中的int修改為float也是可以的。代碼如下：

#include <iostream> 
#include <map> 
#include <string>
using namespace std;
// 程序的主函數(shù)
int main()
{
	//map的創(chuàng)建和初始化
	//第一種：用insert函數(shù)插入pair數(shù)據(jù)：
	map<float, string> my_map;
	my_map.insert(pair<float, string>(1, "first"));
	my_map.insert(pair<float, string>(2, "second"));
	//第二種：用insert函數(shù)插入value_type數(shù)據(jù)：
	my_map.insert(map<float, string>::value_type(3, "first"));
	my_map.insert(map<float, string>::value_type(4, "second"));
	//第三種：用數(shù)組的方式直接賦值：
	my_map[5.3] = "first";
	my_map[6.6] = "second";
	map<float, string>::iterator it;           //迭代器遍歷
	for (it = my_map.begin(); it != my_map.end(); it++)
		cout << it->first << "->" <<it->second << endl;
	system("pause");
	return 0;
}

當然，同其他的容器類型一樣，map同樣支持嵌套，比如：

#include <iostream> 
#include <map> 
#include <string>
using namespace std;
// 程序的主函數(shù)
int main()
{
	//map的嵌套用法
	map<int,map<int,string>> my_map;
	my_map[1][1] = "張三";
	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 << "年級" << in_it->first << "號同學：" << in_it->second << endl;
		}
	}
	cout << endl;	
	system("pause");
	return 0;
}

運行，打印輸出如下：

還有一個很重要的問題，就是map元素的刪除。map元素的刪除有好多種方法，下面僅僅列舉常見幾種。

#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詩作: " << 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["王維"] = 200;
	students["李商隱"] = 113;
	students["杜牧"] = 156;
	cout << "原map:" << endl;
	printMap(students);

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

	students.erase(std::begin(students));
	cout << "刪除第一個元素后：" << endl;
	printMap(students);

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

運行后，打印輸出：

從上面的例子也可以看出，map中的鍵值對不一定是按照我們創(chuàng)建的順序保存數(shù)據(jù)，map會按照key的值內(nèi)部進行排序，但是保持其鍵值對的對應關(guān)系不變。

2.7 set（集合）

set也是一種關(guān)聯(lián)性容器，它同map一樣，底層使用紅黑樹實現(xiàn)，插入刪除操作時僅僅移動指針即可，不涉及內(nèi)存的移動和拷貝，所以效率比較高。從中文名就可以明顯地看出，在set中不會存在重復的元素，若是保存相同的元素，將直接視為無效，我們先來看個簡單的例子（關(guān)于set的創(chuàng)建和元素的添加等）：

#include <iostream> 
#include <set> 
#include <vector> 
using namespace std;
// 程序的主函數(shù)
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 << "向量中的元素為：" << endl;
	for (vector<int>::iterator it = ivec.begin(); it != ivec.end(); it++)
	{
		cout << *it << " ";
	}
	cout << endl;
	cout << "集合中的元素為：" << endl;
	for (set<int>::iterator it = iset.begin(); it != iset.end(); it++)
	{
		cout << *it << " ";
	}
	cout << endl;
	cout << "向量的大小為：" << endl;
	cout << ivec.size() << endl;
	cout << "集合的大小為：" << endl;
	cout << iset.size() << endl; 

	system("pause");
	return 0;
}

打印輸出：

上面例子的方法，相當于直接將向量的值賦給了集合，從而順便創(chuàng)建了集合，那么如果想通過逐一賦值的方式創(chuàng)建集合，又該如何編寫代碼呢？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？同樣我們通過一段代碼來看一下。

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

	//刪除集合
	while (!set1.empty())
	{
		//獲取頭部
		set<string>::iterator it = set1.begin();
		//打印頭部元素
		cout << *it << endl;

		//從頭部刪除元素
		set1.erase(set1.begin());
	}
	set<int>set2;
	for (int i = 100; i < 110; i++)
		set2.insert(i);
	cout << "set2中5出現(xiàn)的次數(shù)為：";
	cout << set2.count(5) << endl;
	set2.clear();
	cout << "set2清除之后的大小為：";
	cout << set2.size() << endl;
	system("pause");
	return 0;
}

運行，打印輸出：

通過以上的例子可以發(fā)現(xiàn)，set可以直接通過insert()方法添加數(shù)據(jù)，而數(shù)據(jù)內(nèi)部是自動排序的，所以不用擔心數(shù)據(jù)的順序問題，當然也可以像map那樣，通過迭代器添加到指定位置，查詢set中有無該數(shù)據(jù)可以直接使用count()方法，有則返回1，無則返回0。