2025年C++ 中的容器类详解

C++ 中的容器类详解1 vector 连续存储结构 每个素在内存上是连续的 支持高效的随机访问和在尾端插入 删除操作 但其他位置的插入 删除操作效率低下 2 deque 连续存储结构 即其每个素在内存上也是连续的 类似于 vector 不同之处在于 deque 提供了两级数组结构 第一级完全类似于 vector 代表实际容器 另一级维护容器的首位地址 这样 deque 除了具有 vector 的所有功能外

1、vector

连续存储结构,每个元素在内存上是连续的;

支持高效的随机访问和在尾端插入/删除操作,但其他位置的插入/删除操作效率低下;

2、deque

连续存储结构,即其每个元素在内存上也是连续的,类似于vector,不同之处在于,deque提供了两级数组结构,第一级完全类似于vector,代表实际容器;另一级维护容器的首位地址。

这样,deque除了具有vector的所有功能外,还支持高效的首端插入/删除操作。

3、list

非连续存储结构,具有双链表结构,每个元素维护一对前向和后向指针,因此支持前向/后向遍历。

支持高效的随机插入/删除操作,但随机访问效率低下,且由于需要额外维护指针,开销也比较大。

4、vector V.S. list V.S. deque:

a、若需要随机访问操作,则选择vector;

b、若已经知道需要存储元素的数目, 则选择vector;

c、若需要随机插入/删除(不仅仅在两端),则选择list

d、只有需要在首端进行插入/删除操作的时候,才选择deque,否则都选择vector。

e、若既需要随机插入/删除,又需要随机访问,则需要在vector与list间做个折中。

f、当要存储的是大型负责类对象时,list要优于vector;当然这时候也可以用vector来存储指向对象的指针,同样会取得较高的效率,但是指针的维护非常容易出错,因此不推荐使用。

5、capacity V.S size

a、capacity是容器需要增长之前,能够盛的元素总数;只有连续存储的容器才有capacity的概念(例如vector,deque,string),list不需要capacity。

b、size是容器当前存储的元素的数目。

c、vector默认的容量初始值,以及增长规则是依赖于编译器的。

6、用vector存储自定义类对象时,自定义类对象须满足:

a、有可供调用的无参构造函数(默认的或自定义的);

b、有可用的拷贝赋值函数(默认的或自定义的)

7、迭代器iterator

a、vector与deque的迭代器支持算术运算,list的迭代器只能进行++/–操作,不支持普通的算术运算。

标准容器类说明
顺序性容器
vector从后面快速的插入与删除,直接访问任何元素
deque从前面或后面快速的插入与删除,直接访问任何元素
list双链表,从任何地方快速插入与删除
关联容器
set快速查找,不允许重复值
multiset快速查找,允许重复值
map一对多映射,基于关键字快速查找,不允许重复值
multimap一对多映射,基于关键字快速查找,允许重复值
容器适配器
stack后进先出
queue先进先出
priority_queue最高优先级元素总是第一个出列

所有标准库共有函数

默认构造函数提供容器默认初始化的构造函数。
复制构造函数将容器初始化为现有同类容器副本的构造函数
析构函数不再需要容器时进行内存整理的析构函数
empty容器中没有元素时返回true,否则返回false
max_size返回容器中最大元素个数
size返回容器中当前元素个数
operator=将一个容器赋给另一个容器
operator<如果第一个容器小于第二个容器,返回true,否则返回false,
operator<=如果第一个容器小于或等于第二个容器,返回true,否则返回false
operator>如果第一个容器大于第二个容器,返回true,否则返回false
operator>=如果第一个容器大于或等于第二个容器,返回true,否则返回false
operator==如果第一个容器等于第二个容器,返回true,否则返回false
operator!=如果第一个容器不等于第二个容器,返回true,否则返回false
swap交换两个容器的元素

其中operator>,operator>=,operator<,operator<=,operator==,operator!=均不适用于priority_queue

顺序容器和关联容器共有函数

begin该函数两个版本返回iterator或const_iterator,引用容器第一个元素
end该函数两个版本返回iterator或const_iterator,引用容器最后一个元素后面一位
rbegin该函数两个版本返回reverse_iterator或const_reverse_iterator,引用容器最后一个元素
rend该函数两个版本返回reverse_iterator或const_reverse_iterator,引用容器第一个元素前面一位
erase从容器中清除一个或几个元素
clear清除容器中所有元素

下表显示了顺序容器和关联容器中常用的typedef,这些typedef常用于变量、参数和函数返回值的一般性声明。

value_type容器中存放元素的类型
reference容器中存放元素类型的引用
const_reference容器中存放元素类型的常量引用,这种引用只能读取容器中的元素和进行const操作
pointer容器中存放元素类型的指针
iterator指向容器中存放元素类型的迭代器
const_iterator指向容器中存放元素类型的常量迭代器,只能读取容器中的元素
reverse_iterator指向容器中存放元素类型的逆向迭代器,这种迭代器在容器中逆向迭代
const_reverse_iterator指向容器中存放元素类型的逆向迭代器,只能读取容器中的元素
difference_type引用相同容器的两个迭代器相减结果的类型(list和关联容器没有定义operator-)
size_type用于计算容器中项目数和检索顺序容器的类型(不能对list检索)

8.序列类容器

(1)vector向量相当于一个数组

在内存中分配一块连续的内存空间进行存储。支持不指定vector大小的存储。STL内部实现时,首先分配一个非常大的内存空间预备进行存储,即capacity()函数返回的大小,当超过此分配的空间时再整体重新放分配一块内存存储,这给人以vector可以不指定vector即一个连续内存的大小的感觉。通常此默认的内存分配能完成大部分情况下的存储。

优点:(1) 不指定一块内存大小的数组的连续存储,即可以像数组一样操作,但可以对此数组进行动态操作。通常体现在push_back() pop_back()

(2) 随机访问方便,即支持[ ]操作符和vector.at()

(3) 节省空间。

缺点:(1) 在内部进行插入删除操作效率低。

(2) 只能在vector的最后进行push和pop,不能在vector的头进行push和pop。

(3) 当动态添加的数据超过vector默认分配的大小时要进行整体的重新分配、拷贝与释放

(2)list 双向链表

每一个结点都包括一个信息快Info、一个前驱指针Pre、一个后驱指针Post。可以不分配必须的内存大小方便的进行添加和删除操作。使用的是非连续的内存空间进行存储。

优点:(1) 不使用连续内存完成动态操作。

(2) 在内部方便的进行插入和删除操作

(3) 可在两端进行push、pop

缺点:(1) 不能进行内部的随机访问,即不支持[ ]操作符和vector.at()

(2) 相对于verctor占用内存多

(3) deque 双端队列 double-end queue

deque是在功能上合并了vector和list。

优点:(1) 随机访问方便,即支持[ ]操作符和vector.at()

(2) 在内部方便的进行插入和删除操作

(3) 可在两端进行push、pop

缺点:(1) 占用内存多

使用区别:

1)如果你需要高效的随即存取,而不在乎插入和删除的效率,使用vector

2)如果你需要大量的插入和删除,而不关心随机存取,则应使用list

3)如果你需要随机存取,而且关心两端数据的插入和删除,则应使用deque

编程小号
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