一、容器的分类与结构
在 C++ 标准模板库（STL）中，容器（Containers）是用于存储和管理数据的重要组件。根据数据的组织方式和访问特性，容器可以分为以下几类：
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序列容器（Sequence Containers）：
- Array：固定大小的数组，元素在内存中连续存储。
- Vector：动态数组，可以自动调整大小，支持随机访问。
- Deque：双端队列，支持在两端进行插入和删除操作。
- List：双向链表，支持在任意位置进行插入和删除操作。
- Forward-List：单向链表，支持在任意位置进行插入和删除操作，但只能单向遍历。
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关联容器（Associative Containers）：
- Set/Multiset：集合，存储唯一的键值，按键值排序。
- Map/Multimap：映射，存储键值对，按键值排序。
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无序容器（Unordered Containers）：
- Unordered Set/Multiset：无序集合，存储唯一的键值，不按键值排序。
- Unordered Map/Multimap：无序映射，存储键值对，不按键值排序。
二、容器的内部结构
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序列容器：
- Array：固定大小的数组，元素在内存中连续存储。
- Vector：动态数组，内部使用连续的内存空间，通过指针和容量管理来实现动态调整。
- Deque：双端队列，内部使用多个连续的内存块，支持在两端进行插入和删除操作。
- List：双向链表，每个节点包含数据和前后指针，支持在任意位置进行插入和删除操作。
- Forward-List：单向链表，每个节点包含数据和后指针，支持在任意位置进行插入和删除操作，但只能单向遍历。
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关联容器：
- Set/Multiset：内部使用平衡二叉搜索树（如红黑树），按键值排序，支持快速的查找、插入和删除操作。
- Map/Multimap：内部使用平衡二叉搜索树，按键值排序，支持快速的查找、插入和删除操作，存储键值对。
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无序容器：
- Unordered Set/Multiset：内部使用哈希表，通过哈希函数将键值映射到哈希表的槽位，支持快速的查找、插入和删除操作。
- Unordered Map/Multimap：内部使用哈希表，通过哈希函数将键值映射到哈希表的槽位，支持快速的查找、插入和删除操作，存储键值对。
三、测试案例代码
1. 序列容器测试案例
Vector 测试案例：
#include <iostream>
#include <vector>int main() {std::vector<int> vec;// 添加元素vec.push_back(10);vec.push_back(20);vec.push_back(30);// 访问元素std::cout << "vec[0]: " << vec[0] << std::endl;std::cout << "vec[1]: " << vec[1] << std::endl;std::cout << "vec[2]: " << vec[2] << std::endl;// 删除元素vec.erase(vec.begin() + 1);// 遍历for (int i : vec) {std::cout << i << " ";}return 0;
}
List 测试案例：
#include <iostream>
#include <list>int main() {std::list<int> lst;// 添加元素lst.push_back(10);lst.push_front(20);// 删除元素lst.remove(10);// 遍历for (int i : lst) {std::cout << i << " ";}return 0;
}
2. 关联容器测试案例
Set 测试案例：
#include <iostream>
#include <set>int main() {std::set<int> s;// 插入元素s.insert(10);s.insert(20);s.insert(30);// 查找元素auto it = s.find(20);if (it != s.end()) {std::cout << "Found: " << *it << std::endl;}// 删除元素s.erase(20);// 遍历for (int i : s) {std::cout << i << " ";}return 0;
}
Map 测试案例：
#include <iostream>
#include <map>int main() {std::map<int, std::string> m;// 插入键值对m[1] = "one";m[2] = "two";m[3] = "three";// 查找键值对auto it = m.find(2);if (it != m.end()) {std::cout << "Found: " << it->first << " -> " << it->second << std::endl;}// 删除键值对m.erase(2);// 遍历for (auto const& pair : m) {std::cout << pair.first << " -> " << pair.second << std::endl;}return 0;
}
3. 无序容器测试案例
Unordered Set 测试案例：
#include <iostream>
#include <unordered_set>int main() {std::unordered_set<int> us;// 插入元素us.insert(10);us.insert(20);us.insert(30);// 查找元素auto it = us.find(20);if (it != us.end()) {std::cout << "Found: " << *it << std::endl;}// 删除元素us.erase(20);// 遍历for (int i : us) {std::cout << i << " ";}return 0;
}
Unordered Map 测试案例：
#include <iostream>
#include <unordered_map>int main() {std::unordered_map<int, std::string> um;// 插入键值对um[1] = "one";um[2] = "two";um[3] = "three";// 查找键值对auto it = um.find(2);if (it != um.end()) {std::cout << "Found: " << it->first << " -> " << it->second << std::endl;}// 删除键值对um.erase(2);// 遍历for (auto const& pair : um) {std::cout << pair.first << " -> " << pair.second << std::endl;}return 0;
}
四、学习心得
通过学习，我对 STL 容器的结构与分类有了更深入的理解。掌握了STL 容器的核心概念和应用技巧。特别是通过实际的测试案例代码，我更好地理解了每种容器的特性和使用方法。
在实际编程中，合理选择和使用 STL 容器可以显著提高代码的可读性和可维护性。例如，对于需要频繁插入和删除操作的场景，可以选择 list 或 forward_list；对于需要快速查找和排序的场景，可以选择 set 或 map；对于需要快速查找但不关心顺序的场景，可以选择 unordered_set 或 unordered_map。
在未来的学习和工作中，我将继续深入探索 STL 容器的高级特性，并将其应用到实际项目中，以提升自己的编程能力。
