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STL 库基础概念与示例

article 2025/8/26 17:21:10

一、STL 库基础概念与示例

1. 容器分类

顺序容器

核心特性：按元素插入顺序存储，支持下标访问（类似数组），动态扩展内存。
典型容器：vector（动态数组）。
适用场景：需要频繁按顺序访问、尾部插入 / 删除的场景（如队列、栈模拟）。

关联容器

核心特性：按元素值的大小自动排序（默认升序），存储位置由值决定，键唯一（set/map的键不可重复）。
典型容器：
- set：键值合一（存储的值即键），用于唯一值存储和快速查找。
- map：键值对存储（key-value），键唯一，值可重复。
底层结构：二叉搜索树（set/map默认使用红黑树，插入时自动平衡排序）。

2. 常用容器操作对比

操作	vector（顺序容器）	set（关联容器）	map（关联容器）
构造	`vector<int> v;`	`set<int> s;`	`map<string, int> m;`
新增元素	`v.push_back(10);`（尾部插入）	`s.insert(10);`（自动去重、排序）	`m.insert({"apple", 5});` 或 `m["apple"] = 5;`
删除元素	`v.erase(it);`（需迭代器定位）	`s.erase(10);`（直接传值删除）	`m.erase("apple");`（按键删除）
修改元素	`v[0] = 20;`（下标直接修改）	不可直接修改键（需 `s.erase(old_val); s.insert(new_val);`）	`m["apple"] = 10;`（直接修改值）
查询元素	需自定义 `find` 函数（线性查找）	`s.find(10) != s.end();`（返回迭代器）	`m.find("apple") != m.end();`（按键查找）
遍历方式	下标遍历、迭代器、范围 `for`	迭代器、范围 `for`（不支持下标）	迭代器、范围 `for`
排序	需调用 `sort(v.begin(), v.end());`	自动排序（插入时二叉树调整）	自动按键排序

3. 关键注意点

vector 不支持 << 运算符输出
- 需手动遍历元素，不能直接 cout << v;。
set 的键不可修改
- 若需修改键值，必须先删除旧元素，再插入新元素。
map 的键唯一，值可重复
- 键用于排序和查找，值可灵活修改（如统计频率）。

二、示例代码

示例 1：vector 存储整数（顺序容器）

cpp

#include <iostream>
#include <vector>
#include <algorithm> // 用于sort
using namespace std;int main() {vector<int> nums;// 插入元素nums.push_back(3);nums.push_back(1);nums.push_back(2);// 遍历（下标方式）cout << "插入顺序：";for (int i = 0; i < nums.size(); i++) {cout << nums[i] << " "; // 输出：3 1 2}// 排序（需手动调用sort）sort(nums.begin(), nums.end());cout << "\n排序后：";for (auto num : nums) { // 范围for遍历cout << num << " "; // 输出：1 2 3}return 0;
}

关键点：vector 按插入顺序存储，需手动排序，支持下标和迭代器遍历。

示例 2：set 统计唯一字符（关联容器）和去重

cpp

#include <iostream>
#include <set>
using namespace std;int main() {string str = "hello";set<char> unique_chars;// 插入字符（自动去重，'l' 只存一次）for (char c : str) {unique_chars.insert(c);}// 遍历（自动排序：'e', 'h', 'l', 'o'）cout << "唯一字符：";for (char c : unique_chars) {cout << c << " "; // 输出：e h l o}return 0;
}

#include <iostream>         // 包含输入输出流头文件，用于cin/cout
#include <set>              // 包含set容器头文件，用于有序存储和自动去重
#include <string>           // 包含字符串头文件，用于处理输入的字符序列
using namespace std;        // 使用标准命名空间，简化代码书写// 定义Data类，用于存储字符及其出现次数
class Data {
private:char ch;                // 私有成员：存储字符（作为set的键，决定排序和唯一性）int count;              // 私有成员：存储字符出现的次数
public:// 构造函数：初始化字符和计数，默认计数为1（首次出现）Data(char ch, int count = 1) : ch(ch), count(count) {}// 重载<运算符：用于set容器排序（按字符的ASCII值升序）bool operator<(const Data& r) const { return ch < r.ch;    // 比较字符大小，确保set有序存储}// 重载后增量运算符++(int)：处理字符重复出现的计数增加void operator++(int) const { // 由于函数为const，需通过强制类型转换修改非const成员（注意：此写法不推荐，可能破坏const正确性）((Data*)this)->count++; }// 显示函数：输出字符及其出现次数void show() const { cout << ch << "出现了:" << count << "次" << endl; }
};int main() {while (1) {              // 无限循环，持续处理用户输入set<Data> s;         // 创建set容器，存储Data对象（自动去重、按ch排序）string str;          // 用于存储用户输入的字符串cout << "请输入字符:";cin >> str;          // 读取用户输入的一行字符// 遍历输入字符串的每个字符for (int i = 0; str[i]; i++) { // 插入字符到set中，insert返回pair<iterator, bool>：// first为插入位置迭代器，second表示是否插入成功（true=新插入，false=已存在）auto p = s.insert(Data(str[i])); // 如果插入失败（字符已存在），则找到已存在的元素并增加计数if (!p.second) { (*p.first)++; // 通过迭代器访问已存在的Data对象，调用后增量运算符}}// 遍历set，输出每个字符的出现次数（set自动按ch排序）for (auto ele : s) { ele.show();       // 调用show方法输出结果}}return 0;
}

关键点：set 自动去重并按字符 ASCII 值排序，插入重复元素无效。

示例 3：map 统计单词频率（关联容器）

cpp

#include <iostream>
#include <map>
#include <string>
using namespace std;int main() {string sentence = "apple banana apple orange";map<string, int> word_freq; // key=单词，value=频率// 统计频率（用operator[]修改值）for (string word : {"apple", "banana", "apple", "orange"}) {word_freq[word]++; // 键不存在时自动创建，值初始化为0后+1}// 遍历输出（按键自动排序：apple, banana, orange）cout << "单词频率：" << endl;for (const auto& pair : word_freq) {cout << pair.first << ": " << pair.second << endl;// 输出：// apple: 2// banana: 1// orange: 1}return 0;
}

关键点：map 按键自动排序，operator[] 简化值的修改，键唯一（重复插入同一键会更新值）。