C++ STL - 容器

C++ STL（标准模板库）中的容器是一组通用的、可复用的数据结构，用于存储和管理不同类型的数据。

零. 简介：

STL 容器提供了一系列预定义的类，如 vector（动态数组）、list（双向链表）、deque（双端队列）、set（集合）、map（映射）等。

意义和作用：

2. 提高编程效率：无需自己实现常见的数据结构。

4. 代码简洁：使用统一的接口和操作方式。

6. 灵活性：适应不同的需求和数据类型。

8. 可扩展性：易于添加新的容器或扩展现有容器的功能。

10. 性能优化：经过精心设计和优化。

12. 类型安全：在编译时进行类型检查。

14. 代码可维护性：减少重复代码，提高代码的可读性和可维护性。

例如，使用 vector 可以方便地管理动态数组，而不需要自己手动实现动态内存分配和元素添加、删除等操作。

一 . vector（动态数组）

vector 是 C++ STL 中的一种动态数组容器。它具有以下特点和优势：

2. 动态调整大小：可以根据需要自动调整存储空间。

4. 高效的随机访问：支持通过索引进行快速访问。

6. 易于使用：提供了丰富的接口和操作方法。

8. 自动内存管理：无需手动处理内存分配和释放。

有以下常用的 API：

• push_back()：在数组末尾添加元素。

• pop_back()：删除数组末尾的元素。

• at()：通过索引访问元素，提供边界检查。

• [] 操作符：通过索引访问元素。

• size()：获取数组中元素的数量。

• empty()：判断数组是否为空。

• begin()：获取数组的起始迭代器。

• end()：获取数组的末尾迭代器。

• clear()：清空数组中的所有元素。

• insert()：在指定位置插入元素。

• erase()：删除指定元素或指定范围的元素。

以下是一个使用 vector 的示例代码：

#include <vector>
#include <iostream>

int main() {
    std::vector<int> numbers;

    // 向 vector 中添加元素
    numbers.push_back(1);
    numbers.push_back(2);
    numbers.push_back(3);

    // 输出 vector 中的元素
    for (int num : numbers) {
        std::cout << num << " ";
    }
    std::cout << std::endl;

    return 0;
}

二. list（双向链表）

list 是 C++ STL 中的双向链表容器.

它具有以下常用的 API：

• push_back()：在链表末尾添加元素。

• push_front()：在链表开头添加元素。

• insert()：在指定位置插入元素。

• erase()：删除指定元素或指定范围的元素。

• clear()：清空链表中的所有元素。

• size()：获取链表中元素的数量。

• empty()：判断链表是否为空。

• front()：获取链表开头的元素。

• back()：获取链表末尾的元素。

• begin()：获取链表的起始迭代器。

• end()：获取链表的末尾迭代器。

以下是一个使用 list 的示例代码：

#include <list>
#include <iostream>

int main() {


    std::list<int> numbers;

    // 在链表末尾添加元素
    numbers.push_back(1);
    numbers.push_back(2);
    numbers.push_back(3);

    // 在链表开头添加元素
    numbers.push_front(0);


    // 输出链表中的元素
    for (int num : numbers) {
        std::cout << num << " ";
    }
    std::cout << std::endl;

    return 0;
}

三. deque（双端队列）

deque 是一种可以在两端高效地进行插入和删除操作的容器。
意义和作用：

2. 高效的两端操作：可以在队列的两端快速添加和删除元素。

4. 动态调整大小：自动根据需要调整内存。

6. 支持随机访问：像数组一样，可以通过索引访问元素。

8. 通用数据结构：适用于多种场景。

10. 提高代码效率和可维护性：提供了简洁、高效的接口。

例如，可以使用 deque 来实现一个队列或栈的功能。

常用 API 包括：

• push_back()：在队列尾部添加元素。

• push_front()：在队列头部添加元素。

• pop_back()：从队列尾部删除元素。

• pop_front()：从队列头部删除元素。

• insert()：在指定位置插入元素。

• erase()：删除指定元素或指定范围的元素。

• clear()：清空队列中的所有元素。

• size()：获取队列中元素的数量。

• empty()：判断队列是否为空。

• begin()：获取队列的起始迭代器。

• end()：获取队列的末尾迭代器。

下面是一个简单的 deque 使用示例代码：

#include <deque>
#include <iostream>

int main() {
    std::deque<int> numbers;

    numbers.push_back(1); //向最后面插入数据   1
    numbers.push_front(2);//向最钱面插入数据   2, 1
    numbers.push_back(3); //向最后面插入数据   2, 1,3
    numbers.push_front(4);//向最钱面插入数据   4, 2, 1,3

    std::cout << "Front: " << numbers.front() << std::endl;
    std::cout << "Back: " << numbers.back() << std::endl;

    return 0;
}

四. set（集合）

set 是一种无序且不允许重复元素的容器。

意义和作用：

2. 自动去重：无需手动处理重复元素。

4. 快速查找：提供高效的元素查找操作。

6. 无序存储：元素的顺序是随机的。

8. 键值对操作：常用于存储键值。

常用的 API 包括：

• insert()：插入元素。

• find()：查找元素。

• erase()：删除元素。

• size()：获取元素数量。

• empty()：判断是否为空。

下面是一个简单的示例代码：

#include <set>
#include <iostream>

int main() {
    std::set<int> numbers = { 1, 2, 3, 4, 5 };
    numbers.insert(3);//插入已有数据 3
    numbers.insert(6); //插入未有数据
    //循环打印

    for (std::set<int>::iterator i = numbers.begin(); i != numbers.end(); ++i)
    {
        std::cout << *i << std::endl;
    }


    // 查找元素
    if (numbers.find(3) != numbers.end()) {
        std::cout << "Element found" << std::endl;
    }
    else {
        std::cout << "Element not found" << std::endl;
    }

    return 0;
}

五. map（映射）

map（映射）是一种关联容器，它将键（key）和值（value）进行关联。 是一种无序容器，其中键必须是唯一的。

意义和作用：

2. 提供了一种键值对的存储方式。

4. 快速的键值查找。

6. 自动根据键进行排序。

常用 API：

• insert()：插入键值对。

• find()：根据键查找对应的值。

• erase()：删除键值对。

• size()：获取映射中键值对的数量。

• empty()：判断映射是否为空。

下面是一个简单的示例代码：

#include <map>
#include <iostream>

int main() {
    std::map<std::string, int> grades;

    grades["a"] = 1;
    grades["b"] = 2;
    grades["c"] = 3;

    // 根据键查找值
    int aliceGrade = grades["a"];

    std::cout << "a: " << aliceGrade << std::endl;

    return 0;
}

扩展:

可以用来做观察者模式;

观察者模式是一种设计模式，它定义了对象之间的一种一对多的依赖关系，当一个对象的状态发生改变时，所有依赖于它的对象都会得到通知并自动更新。

在 C++ 中，可以使用观察者模式来实现 map 的变化通知。下面是一个简单的示例代码：

#include <iostream>
#include <map>
#include <string>
#include <vector>

class Observer {
public:
    virtual void update() = 0;
};

class Subject {
private:
    std::map<std::string, int> data;
    std::vector<Observer*> observers;

public:
    void addObserver(Observer* observer) {
        observers.push_back(observer);
    }

    void removeObserver(Observer* observer) {
        auto it = std::find(observers.begin(), observers.end(), observer);
        if (it != observers.end()) {
            observers.erase(it);
        }
    }

    void updateObservers() {
        for (Observer* observer : observers) {
            observer->update();
        }
    }

    void setKeyValue(const std::string& key, int value) {
        data[key] = value;
        updateObservers();
    }

    int getValue(const std::string& key) {
        return data[key];
    }
};

class DisplayObserver1 : public Observer {
public:
    void update() override {
        std::cout << "Data changed1" << std::endl;
    }
};

class DisplayObserver2 : public Observer {
public:
    void update() override {
        std::cout << "Data changed2" << std::endl;
    }
};

int main() {
    Subject subject;

    DisplayObserver1 observer1;
    subject.addObserver(&observer1);

    DisplayObserver2 observer2;
    subject.addObserver(&observer2);

    subject.setKeyValue("key1", 10);

    return 0;
}

C++ STL（标准模板库）中的容器是一组通用的、可复用的数据结构，用于存储和管理不同类型的数据。

零. 简介：

STL 容器提供了一系列预定义的类，如 vector（动态数组）、list（双向链表）、deque（双端队列）、set（集合）、map（映射）等。

意义和作用：

2. 提高编程效率：无需自己实现常见的数据结构。

4. 代码简洁：使用统一的接口和操作方式。

6. 灵活性：适应不同的需求和数据类型。

8. 可扩展性：易于添加新的容器或扩展现有容器的功能。

10. 性能优化：经过精心设计和优化。

12. 类型安全：在编译时进行类型检查。

14. 代码可维护性：减少重复代码，提高代码的可读性和可维护性。

例如，使用 vector 可以方便地管理动态数组，而不需要自己手动实现动态内存分配和元素添加、删除等操作。

一 . vector（动态数组）

vector 是 C++ STL 中的一种动态数组容器。它具有以下特点和优势：

2. 动态调整大小：可以根据需要自动调整存储空间。

4. 高效的随机访问：支持通过索引进行快速访问。

6. 易于使用：提供了丰富的接口和操作方法。

8. 自动内存管理：无需手动处理内存分配和释放。

有以下常用的 API：

• push_back()：在数组末尾添加元素。

• pop_back()：删除数组末尾的元素。

• at()：通过索引访问元素，提供边界检查。

• [] 操作符：通过索引访问元素。

• size()：获取数组中元素的数量。

• empty()：判断数组是否为空。

• begin()：获取数组的起始迭代器。

• end()：获取数组的末尾迭代器。

• clear()：清空数组中的所有元素。

• insert()：在指定位置插入元素。

• erase()：删除指定元素或指定范围的元素。

以下是一个使用 vector 的示例代码：

#include <vector>
#include <iostream>

int main() {
    std::vector<int> numbers;

    // 向 vector 中添加元素
    numbers.push_back(1);
    numbers.push_back(2);
    numbers.push_back(3);

    // 输出 vector 中的元素
    for (int num : numbers) {
        std::cout << num << " ";
    }
    std::cout << std::endl;

    return 0;
}

二. list（双向链表）

list 是 C++ STL 中的双向链表容器.

它具有以下常用的 API：

• push_back()：在链表末尾添加元素。

• push_front()：在链表开头添加元素。

• insert()：在指定位置插入元素。

• erase()：删除指定元素或指定范围的元素。

• clear()：清空链表中的所有元素。

• size()：获取链表中元素的数量。

• empty()：判断链表是否为空。

• front()：获取链表开头的元素。

• back()：获取链表末尾的元素。

• begin()：获取链表的起始迭代器。

• end()：获取链表的末尾迭代器。

以下是一个使用 list 的示例代码：

#include <list>
#include <iostream>

int main() {


    std::list<int> numbers;

    // 在链表末尾添加元素
    numbers.push_back(1);
    numbers.push_back(2);
    numbers.push_back(3);

    // 在链表开头添加元素
    numbers.push_front(0);


    // 输出链表中的元素
    for (int num : numbers) {
        std::cout << num << " ";
    }
    std::cout << std::endl;

    return 0;
}

三. deque（双端队列）

deque 是一种可以在两端高效地进行插入和删除操作的容器。
意义和作用：

2. 高效的两端操作：可以在队列的两端快速添加和删除元素。

4. 动态调整大小：自动根据需要调整内存。

6. 支持随机访问：像数组一样，可以通过索引访问元素。

8. 通用数据结构：适用于多种场景。

10. 提高代码效率和可维护性：提供了简洁、高效的接口。

例如，可以使用 deque 来实现一个队列或栈的功能。

常用 API 包括：

• push_back()：在队列尾部添加元素。

• push_front()：在队列头部添加元素。

• pop_back()：从队列尾部删除元素。

• pop_front()：从队列头部删除元素。

• insert()：在指定位置插入元素。

• erase()：删除指定元素或指定范围的元素。

• clear()：清空队列中的所有元素。

• size()：获取队列中元素的数量。

• empty()：判断队列是否为空。

• begin()：获取队列的起始迭代器。

• end()：获取队列的末尾迭代器。

下面是一个简单的 deque 使用示例代码：

#include <deque>
#include <iostream>

int main() {
    std::deque<int> numbers;

    numbers.push_back(1); //向最后面插入数据   1
    numbers.push_front(2);//向最钱面插入数据   2, 1
    numbers.push_back(3); //向最后面插入数据   2, 1,3
    numbers.push_front(4);//向最钱面插入数据   4, 2, 1,3

    std::cout << "Front: " << numbers.front() << std::endl;
    std::cout << "Back: " << numbers.back() << std::endl;

    return 0;
}

四. set（集合）

set 是一种无序且不允许重复元素的容器。

意义和作用：

2. 自动去重：无需手动处理重复元素。

4. 快速查找：提供高效的元素查找操作。

6. 无序存储：元素的顺序是随机的。

8. 键值对操作：常用于存储键值。

常用的 API 包括：

• insert()：插入元素。

• find()：查找元素。

• erase()：删除元素。

• size()：获取元素数量。

• empty()：判断是否为空。

下面是一个简单的示例代码：

#include <set>
#include <iostream>

int main() {
    std::set<int> numbers = { 1, 2, 3, 4, 5 };
    numbers.insert(3);//插入已有数据 3
    numbers.insert(6); //插入未有数据
    //循环打印

    for (std::set<int>::iterator i = numbers.begin(); i != numbers.end(); ++i)
    {
        std::cout << *i << std::endl;
    }


    // 查找元素
    if (numbers.find(3) != numbers.end()) {
        std::cout << "Element found" << std::endl;
    }
    else {
        std::cout << "Element not found" << std::endl;
    }

    return 0;
}

五. map（映射）

map（映射）是一种关联容器，它将键（key）和值（value）进行关联。 是一种无序容器，其中键必须是唯一的。

意义和作用：

2. 提供了一种键值对的存储方式。

4. 快速的键值查找。

6. 自动根据键进行排序。

常用 API：

• insert()：插入键值对。

• find()：根据键查找对应的值。

• erase()：删除键值对。

• size()：获取映射中键值对的数量。

• empty()：判断映射是否为空。

下面是一个简单的示例代码：

#include <map>
#include <iostream>

int main() {
    std::map<std::string, int> grades;

    grades["a"] = 1;
    grades["b"] = 2;
    grades["c"] = 3;

    // 根据键查找值
    int aliceGrade = grades["a"];

    std::cout << "a: " << aliceGrade << std::endl;

    return 0;
}

扩展:

可以用来做观察者模式;

观察者模式是一种设计模式，它定义了对象之间的一种一对多的依赖关系，当一个对象的状态发生改变时，所有依赖于它的对象都会得到通知并自动更新。

在 C++ 中，可以使用观察者模式来实现 map 的变化通知。下面是一个简单的示例代码：

#include <iostream>
#include <map>
#include <string>
#include <vector>

class Observer {
public:
    virtual void update() = 0;
};

class Subject {
private:
    std::map<std::string, int> data;
    std::vector<Observer*> observers;

public:
    void addObserver(Observer* observer) {
        observers.push_back(observer);
    }

    void removeObserver(Observer* observer) {
        auto it = std::find(observers.begin(), observers.end(), observer);
        if (it != observers.end()) {
            observers.erase(it);
        }
    }

    void updateObservers() {
        for (Observer* observer : observers) {
            observer->update();
        }
    }

    void setKeyValue(const std::string& key, int value) {
        data[key] = value;
        updateObservers();
    }

    int getValue(const std::string& key) {
        return data[key];
    }
};

class DisplayObserver1 : public Observer {
public:
    void update() override {
        std::cout << "Data changed1" << std::endl;
    }
};

class DisplayObserver2 : public Observer {
public:
    void update() override {
        std::cout << "Data changed2" << std::endl;
    }
};

int main() {
    Subject subject;

    DisplayObserver1 observer1;
    subject.addObserver(&observer1);

    DisplayObserver2 observer2;
    subject.addObserver(&observer2);

    subject.setKeyValue("key1", 10);

    return 0;
}