C++ STL详解

Posted 2021-04-03 C和C加加

来源：blog.csdn.net/qq_41575507/article/details/113864734

概述

 STL 是“Standard Template Library”的缩写，中文译为“标准模板库”。STL 是 C++ 标准库的一部分，不用单独安装。

 C++ 对模板（Template）支持得很好，STL 就是借助模板把常用的数据结构及其算法都实现了一遍，并且做到了数据结构和算法的分离。例如，vector 的底层为顺序表（数组），list 的底层为双向链表，deque 的底层为循环队列，set 的底层为红黑树，hash_set 的底层为哈希表。

 STL 从根本上讲是“容器”的集合，也是组件的集合。容器包括 list、vector、set、map 等；组件包括迭代器等。STL 的目的是标准化组件。

 STL 是 C++ 的一部分，不用额外安装，被内建在支持 C++ 的编译器中。

STL 的算法是标准算法，其实现了将已经定义好的算法应用在容器的对象上。

刷题时常用的STL

 通过概述可以了解到STL 就是借助模板把常用的数据结构及其算法都实现了一遍，并且做到了数据结构和算法的分离。所以在刷题时配合使用 STL 可以极大的提高做题的速度。可以根据情况来选择使用 STL 来做题目，如果题目对时间要求比较高的话可以不使用 STL，比如栈和队列可以使用数组来进行模拟等等。一般情况下可以直接选择使用STL来做题目。

vector

初始化

• 定义一个vector
   一般情况下直接定义一个默认初始长度的 vector 即可。当插入的长度超过这个默认长度时vector会自动扩容。

vector<int> v;

.在定义时初始化vector的长度

 vector 可以一开始不定义大小，之后用 resize 方法分配大小，也可以一开始就定义大小，之后还可以对它插入删除动态改变它的大小。不管在 main 函数里还是在全局中定义，它都能够直接将所有的值初始化为0 (不用显式地写出来，默认就是所有的元素为0)

 注意：系统为某一程序分配空间时所需的时间与空间大小无关，而与分配的次数有关。所以尽量减少申请空间的次数，也有利于提到程序的效率。

 在vector的扩展大小中有一个 倍增思想：假如vector的实际长度为 n ，m为vector当前的最大长度，那么在加入一个元素的时候，先看一下，假如当前的 n = m，则再动态申请一个 2m 大小的内存。反之，在删除的时候，如果 n ≤ m ÷ 2 m\div2m÷2，则再释放一半的内存。基于该思想，如果长度为 n 的vector数组，假设一开始只申请了一个空间，那么最后其申请的次数是 l o g ( n ) log(n)log(n) 的，所以vector是一种效率比较高的数组。

#include<iostream>#include<vector>using namespace std;
int main() { vector<int> v(10); // 定义一个长度为 10 的 vector  for (int i = 0; i < 10; i++) cout << v[i] << ' '; // 输出结果: 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0  return 0;} 

• 在定义时对vector的内容进行初始化
   vector不仅可以支持在定义初始化长度，也支持初始化内容

#include<iostream>#include<vector>using namespace std;
int main() { vector<int> v(10, 9);  // 定义一个长度为 10 的 vector,并且将所有的内容都初始化为 9  for (int i = 0; i < 10; i++) cout << v[i] << ' '; // 输出结果: 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9  return 0;}

• 定义一个vector数组
   可以通过定义vector数组的方式一次定义多个vector。

  相当于定义了一个行数确定，列数不确定的二维数组.

#include<iostream>#include<vector>using namespace std;
int main() { vector<int> v[10];  int cnt = 1; for (int i = 0; i < 5; i++) { for (int j = 0; j < 5; j++) { v[i].push_back(cnt++); } }  for (int i = 0; i < 5; i++) { for (int j = 0; j < 5; j++) { cout << v[i][j] << ' '; } cout << endl; }
 return 0;}

• 定义一个不定长的二维数组
   还可以使用 vector<<vector<int> > 的方式定义一个行和列都不定长的二维数组。注意最后两个 > 不要写在一块，否则可能会被一些编译器认为是 >> 运算符。

#include<iostream>#include<vector>using namespace std;
int main() { vector<vector<int> > v;  int cnt = 1; // 输入 5 行正数，每行数字以 -1 结束输入  for (int i = 0; i < 5; i++) { vector<int> q; int x; cin >> x; while (x != -1) { q.push_back(x); cin >> x; } v.push_back(q); }  cout << "输出的结果为:" << endl;  for (int i = 0; i < v.size(); i++) { for (int j = 0; j < v[i].size(); j++) { cout << v[i][j] << ' '; } cout << endl; }
 return 0;}

size()

 size() ：返回vector中元素的个数，时间复杂度 O(1)。

注意： 对于顺序容器size() 的时间复杂度为 O(1)，对于list之类的节点容器，可能是线性时间即 O(n)。所以在 for 循环中需要求长度时最好把 size() 放到循环之外求，这样可以在一些情况下将算法的时间复杂度由 O(n 2 n^2n

2 ) 降到 O(n)。

#include<iostream>#include<vector>using namespace std;
int main() { vector<int> v(10, 9);  // 定义一个长度为 10 的 vector,并且将所有的内容都初始化为 9  cout << "数组中元素的个数为：" << v.size() << endl; int len = v.size(); for (int i = 0; i < len; i++) cout << v[i] << ' '; // 输出结果: 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9  return 0;}

empty()

 empty() ：v.empty() 检查数组 v 是否为空。若容器为空则返回 true ，否则返回 false

push_back()

 向vector的最后插入一个元素

#include<iostream>#include<vector>using namespace std;
int main() { vector<int> v;  v.push_back(1); v.push_back(2); v.push_back(3); for (int i = 0; i < 3; i++) cout << v[i] << ' '; return 0;}

pop_back()

 删除vector的最后一个元素

#include<iostream>#include<vector>using namespace std;
int main() { vector<int> v;  v.push_back(1); v.push_back(2); v.push_back(3); for (int i = 0; i < 3; i++) cout << v[i] << ' '; // 输出 1 2 3  cout << endl; v.pop_back(); for (int i = 0; i < 3; i++) cout << v[i] << ' '; // 输出 1 2 3 cout << endl; for (int i = 0; i < v.size(); i++) cout << v[i] << ' '; // 输出 1 2 return 0;}

 通过以上实验可知，使用 pop_back() 并不是真正的将最后一个元素删除了，只是修改了vector的末尾指针。

clear()

 清空数组中的所有元素

#include<iostream>#include<vector>using namespace std;
int main() { vector<int> v;  v.push_back(1); v.push_back(2); v.push_back(3); cout << "数组的元素个数为:" << v.size() << endl;  for (int i = 0; i < v.size(); i++) cout << v[i] << ' ';  cout << endl; v.clear(); cout << "数组的元素个数为:" << v.size(); return 0;}

front()、back()

 front()访问vector的第一个元素，back() 返回最后一个元素。

#include<iostream>#include<vector>using namespace std;
int main() { vector<int> v;  v.push_back(1); v.push_back(2); v.push_back(3); cout << "数组的第一个元素为:" << v.front() << endl;  cout << "数组的最后一个元素为:" << v.back() << endl; return 0;}

begin()、end()

 begin() 返回指向容器首元素的迭代器。若容器为空，则返回的迭代器将等于 end() 。end() 返回指向容器末元素后一元素的迭代器，即指向vector中最后一个元素之后的一个元素。此元素表现为占位符；试图访问它导致未定义行为。

operator[]

 vector支持随机寻址，像数组一样。operator[pos]返回位于指定位置 pos 的元素的引用。不进行边界检查。在上面的例子中已经用到很多次了，比如： v[i] 表示访问vector中下标为 i 的元素。这里就不再演示了。

vector的三种遍历方式

1. 使用随机寻址的方式遍历

2. 范围遍历

3. 迭代器方式遍历

#include<iostream>#include<vector>using namespace std;
int main() { vector<int> v;  for (int i = 0; i < 10; i++) v.push_back(i); // 使用随机寻址的方式遍历  for (int i = 0; i < v.size(); i++) cout << v[i] << ' '; cout << endl;  // 使用范围遍历  for (int i : v) cout << i << ' '; cout << endl;  // 使用迭代器遍历  for (vector<int>::iterator i = v.begin(); i != v.end(); i++) cout << *i << ' '; // 输出 1 2 return 0;}

支持比较运算

 vector可以支持比较运算，可以直接比较两个vector的大小。vector支持 ==, !=, <, <=, >, >= 运算符。

1. 检查两个vector的内容是否相等，即它们是否拥有相同数量的元素且 vector1 中每个元素与 vector2 的同位置元素比较相等。

2. 按 字典序 比较 vector1 与 vector2 的内容。

#include<iostream>#include<vector>using namespace std;
int main() { vector<int> a(6, 5), b(5, 6);  if (a > b) cout << "a > b"; else cout << "b > a"; // 输出结果：b > a return 0;}

pair

 pair 是一个结构体模板，其可于一个单元存储两个相异对象。

定义方式

 pair 的定义方式为：pair<int, int>，其中的两个参数可以是任意的，比如 int、string、double、float 等等。

初始化

 可以在定义pair的时候直接初始化pair。

#include<iostream>using namespace std;
int main() { pair<int, string> p(1, "AC-fun"); cout << p.first << ":" << p.second; return 0;}

构造pair

 pair 有两种构造方式：

1. 使用 make_pair() 创建一个 pair 对象，其类型根据各实参类型定义。

#include<iostream>using namespace std;
int main() { pair<int, string> p; p = make_pair(1, "AC-fun"); cout << p.first << ":" << p.second; return 0;}

2. 在 C++ 11 中还可以直接构造。

#include<iostream>using namespace std;
int main() { pair<int, string> p; p = {1, "AC-fun"}; cout << p.first << ":" << p.second; return 0;}

访问

 pair 以 first 为第一个关键字，以 second 为第二个关键字。例如现在已经构造好了一个 pair<int, string> p(1, "AC-fun"); 可以使用 p.first 访问第一个关键字，使用 p.second 访问第二个关键字。

#include<iostream>using namespace std;
int main() { pair<int, string> p(1, "AC-fun"); cout << p.first << ":" << p.second; return 0;}

支持比较运算

 pair 与 vector 一样，也是可以支持比较运算的。pair支持 ==, !=, <, <=, >, >= 运算符。按照 字典序 进行排序。

嵌套pair

 如果有一种东西有三种属性，可以使用嵌套的pair来存储。比如：

pair<int, pair<int, string> >

stack

在开头提到了可以使用数组模拟栈，这里就只贴一下代码。

使用数组模拟栈

#include<iostream>#include<string>using namespace std;
const int N = 100010;int stk[N], tt; // tt为栈顶指针 
// 在栈顶添加一个元素 void add(int x) { stk[tt++] = x;}
// 弹出栈顶元素 void remove() { tt--;}
// 取栈顶元素 int top() { return stk[tt - 1];}
// 判断栈是否为空 bool ept() { if (tt) return false; else return true;}
int main() { int n; cin >> n; while (n--) { string op; int x; cin >> op; if (op == "push") { cin >> x; add(x); } else if (op == "pop") { remove(); } else if (op == "empty") { if (ept()) { cout << "YES" << endl; } else { cout << "NO" << endl; } } else { cout << top() << endl; } }
 return 0;}

queue

这里就只贴一下数组模拟队列的代码。

使用数组模拟队列

#include<iostream>#include<string>using namespace std;
const int N = 100010;int q[N], front, tail; // front为队头指针，tail为队尾指针 
// 在队尾添加一个元素 void add(int x) { q[tail++] = x;}
// 移除队头元素 void remove() { front++;}
// 判空bool ept() { if (front == tail) return true; return false;}
// 返回队头元素int qey() { return q[front]; }
int main() { int n; cin >> n; while (n--) { string op; int x; cin >> op; if (op == "push") { cin >> x; add(x); } else if (op == "pop") { remove(); } else if (op == "empty") { if (ept()) cout << "YES" << endl; else cout << "NO" << endl; } else { cout << qey() << endl; } } return 0;}

未完待续~~~~~~~~