总结一下c++的STL容器各个容器的特点和常用方法

序列容器

1. std::vector

• 特点：
  • 动态数组，支持随机访问，可通过下标直接访问元素，访问效率高（时间复杂度为 \(O(1)\)）。
  • 内存是连续分配的，在尾部插入和删除元素的效率较高（平均时间复杂度为 \(O(1)\)），但在中间或头部插入和删除元素时，需要移动大量元素，效率较低（时间复杂度为 \(O(n)\)）。
  • 会自动管理内存，当容量不足时会自动重新分配更大的内存空间，并将原有元素复制过去。
• 常用方法：
  • push_back()：在容器尾部添加一个元素。
  • pop_back()：移除容器尾部的元素。
  • insert()：在指定位置插入一个或多个元素。
  • erase()：移除指定位置或指定范围的元素。
  • size()：返回容器中元素的数量。
  • capacity()：返回容器当前的容量。
  • reserve()：为容器预留指定大小的容量。
  • resize()：改变容器的大小。
  • operator[]：通过下标访问元素。

2. std::deque

• 特点：
  • 双端队列，支持随机访问，访问效率为 \(O(1)\)。
  • 可以在头部和尾部高效地插入和删除元素（时间复杂度为 \(O(1)\)），在中间插入和删除元素的效率相对较低（时间复杂度为 \(O(n)\)）。
  • 内存不是连续的，但比 std::vector 在头部插入和删除元素更高效。
• 常用方法：
  • push_front()：在容器头部添加一个元素。
  • pop_front()：移除容器头部的元素。
  • push_back()：在容器尾部添加一个元素。
  • pop_back()：移除容器尾部的元素。
  • insert()：在指定位置插入一个或多个元素。
  • erase()：移除指定位置或指定范围的元素。
  • size()：返回容器中元素的数量。
  • operator[]：通过下标访问元素。

3. std::list

• 特点：
  • 双向链表，不支持随机访问，访问元素需要从头或尾开始遍历，时间复杂度为 \(O(n)\)。
  • 在任意位置插入和删除元素的效率都很高（时间复杂度为 \(O(1)\)），因为只需要修改指针。
  • 内存是不连续的，每个元素包含指向前一个和后一个元素的指针。
• 常用方法：
  • push_front()：在容器头部添加一个元素。
  • pop_front()：移除容器头部的元素。
  • push_back()：在容器尾部添加一个元素。
  • pop_back()：移除容器尾部的元素。
  • insert()：在指定位置插入一个或多个元素。
  • erase()：移除指定位置或指定范围的元素。
  • size()：返回容器中元素的数量。
  • front()：返回容器头部的元素。
  • back()：返回容器尾部的元素。

4. std::forward_list

• 特点：
  • 单向链表，只支持单向遍历，不支持随机访问，访问元素需要从头开始遍历，时间复杂度为 \(O(n)\)。
  • 在任意位置插入和删除元素的效率较高（时间复杂度为 \(O(1)\)），但插入和删除操作需要知道前一个元素的位置。
  • 相比于 std::list，它占用的内存更少，因为只包含指向下一个元素的指针。
• 常用方法：
  • push_front()：在容器头部添加一个元素。
  • pop_front()：移除容器头部的元素。
  • insert_after()：在指定位置之后插入一个或多个元素。
  • erase_after()：移除指定位置之后的元素。
  • before_begin()：返回指向第一个元素之前位置的迭代器。
  • front()：返回容器头部的元素。

关联容器

1. std::set

• 特点：
  • 集合，存储唯一的元素，元素会自动按照升序排序（默认使用 std::less 比较函数）。
  • 插入、删除和查找元素的时间复杂度为 \(O(log n)\)，因为它基于红黑树实现。
  • 不支持通过下标访问元素，只能通过迭代器遍历。
• 常用方法：
  • insert()：插入一个元素。
  • erase()：移除指定元素。
  • find()：查找指定元素，若找到则返回指向该元素的迭代器，否则返回 end()。
  • count()：返回指定元素的数量（对于 std::set，结果只能是 0 或 1）。
  • size()：返回容器中元素的数量。

2. std::multiset

• 特点：
  • 多重集合，允许存储重复的元素，元素会自动按照升序排序（默认使用 std::less 比较函数）。
  • 插入、删除和查找元素的时间复杂度为 \(O(log n)\)，基于红黑树实现。
  • 不支持通过下标访问元素，只能通过迭代器遍历。
• 常用方法：
  • insert()：插入一个元素。
  • erase()：移除指定元素。
  • find()：查找指定元素，若找到则返回指向该元素的迭代器，否则返回 end()。
  • count()：返回指定元素的数量。
  • size()：返回容器中元素的数量。

3. std::map

• 特点：
  • 映射，存储键值对，每个键是唯一的，元素会根据键自动按照升序排序（默认使用 std::less 比较函数）。
  • 插入、删除和查找元素的时间复杂度为 \(O(log n)\)，基于红黑树实现。
  • 可以通过键来访问对应的值，使用 operator[] 或 at() 方法。
• 常用方法：
  • insert()：插入一个键值对。
  • erase()：移除指定键的元素。
  • find()：查找指定键的元素，若找到则返回指向该元素的迭代器，否则返回 end()。
  • count()：返回指定键的元素数量（对于 std::map，结果只能是 0 或 1）。
  • operator[]：通过键访问对应的值，如果键不存在，则会插入一个新的键值对。
  • at()：通过键访问对应的值，如果键不存在，则会抛出 std::out_of_range 异常。
  • size()：返回容器中元素的数量。

4. std::multimap

• 特点：
  • 多重映射，允许存储重复键的键值对，元素会根据键自动按照升序排序（默认使用 std::less 比较函数）。
  • 插入、删除和查找元素的时间复杂度为 \(O(log n)\)，基于红黑树实现。
  • 可以通过键来查找对应的值，但不能使用 operator[] 方法，因为键可能不唯一。
• 常用方法：
  • insert()：插入一个键值对。
  • erase()：移除指定键的元素。
  • find()：查找指定键的元素，若找到则返回指向该元素的迭代器，否则返回 end()。
  • count()：返回指定键的元素数量。
  • size()：返回容器中元素的数量。

无序关联容器

1. std::unordered_set

• 特点：
  • 无序集合，存储唯一的元素，元素不会自动排序，而是根据哈希值存储在哈希表中。
  • 插入、删除和查找元素的平均时间复杂度为 \(O(1)\)，但在最坏情况下可能达到 \(O(n)\)。
  • 不支持通过下标访问元素，只能通过迭代器遍历。
• 常用方法：
  • insert()：插入一个元素。
  • erase()：移除指定元素。
  • find()：查找指定元素，若找到则返回指向该元素的迭代器，否则返回 end()。
  • count()：返回指定元素的数量（对于 std::unordered_set，结果只能是 0 或 1）。
  • size()：返回容器中元素的数量。

2. std::unordered_multiset

• 特点：
  • 无序多重集合，允许存储重复的元素，元素不会自动排序，而是根据哈希值存储在哈希表中。
  • 插入、删除和查找元素的平均时间复杂度为 \(O(1)\)，但在最坏情况下可能达到 \(O(n)\)。
  • 不支持通过下标访问元素，只能通过迭代器遍历。
• 常用方法：
  • insert()：插入一个元素。
  • erase()：移除指定元素。
  • find()：查找指定元素，若找到则返回指向该元素的迭代器，否则返回 end()。
  • count()：返回指定元素的数量。
  • size()：返回容器中元素的数量。

3. std::unordered_map

• 特点：
  • 无序映射，存储键值对，每个键是唯一的，元素不会自动排序，而是根据键的哈希值存储在哈希表中。
  • 插入、删除和查找元素的平均时间复杂度为 \(O(1)\)，但在最坏情况下可能达到 \(O(n)\)。
  • 可以通过键来访问对应的值，使用 operator[] 或 at() 方法。
• 常用方法：
  • insert()：插入一个键值对。
  • erase()：移除指定键的元素。
  • find()：查找指定键的元素，若找到则返回指向该元素的迭代器，否则返回 end()。
  • count()：返回指定键的元素数量（对于 std::unordered_map，结果只能是 0 或 1）。
  • operator[]：通过键访问对应的值，如果键不存在，则会插入一个新的键值对。
  • at()：通过键访问对应的值，如果键不存在，则会抛出 std::out_of_range 异常。
  • size()：返回容器中元素的数量。

4. std::unordered_multimap

• 特点：
  • 无序多重映射，允许存储重复键的键值对，元素不会自动排序，而是根据键的哈希值存储在哈希表中。
  • 插入、删除和查找元素的平均时间复杂度为 \(O(1)\)，但在最坏情况下可能达到 \(O(n)\)。
  • 可以通过键来查找对应的值，但不能使用 operator[] 方法，因为键可能不唯一。
• 常用方法：
  • insert()：插入一个键值对。
  • erase()：移除指定键的元素。
  • find()：查找指定键的元素，若找到则返回指向该元素的迭代器，否则返回 end()。
  • count()：返回指定键的元素数量。
  • size()：返回容器中元素的数量。

容器适配器

1. std::stack

• 特点：
  • 栈，遵循后进先出（LIFO）的原则。
  • 基于其他容器（默认是 std::deque）实现，提供了栈的基本操作。
• 常用方法：
  • push()：将元素压入栈顶。
  • pop()：移除栈顶的元素。
  • top()：返回栈顶的元素。
  • empty()：判断栈是否为空。
  • size()：返回栈中元素的数量。

2. std::queue

• 特点：
  • 队列，遵循先进先出（FIFO）的原则。
  • 基于其他容器（默认是 std::deque）实现，提供了队列的基本操作。
• 常用方法：
  • push()：将元素插入队列尾部。
  • pop()：移除队列头部的元素。
  • front()：返回队列头部的元素。
  • back()：返回队列尾部的元素。
  • empty()：判断队列是否为空。
  • size()：返回队列中元素的数量。

3. std::priority_queue

• 特点：
  • 优先队列，元素按照优先级排序，优先级最高的元素总是位于队列头部。
  • 基于堆（通常是最大堆）实现，默认使用 std::less 比较函数。
• 常用方法：
  • push()：将元素插入队列，并根据优先级调整堆结构。
  • pop()：移除队列头部（优先级最高）的元素。
  • top()：返回队列头部（优先级最高）的元素。
  • empty()：判断队列是否为空。
  • size()：返回队列中元素的数量。