C++ STL容器 内容详解

C++ STL容器

 简单来说，容器就是一些模板类的集合，但和普通模板类不同的是，容器中封装的是组织数据的方法（也就是数据结构）。

 STL提供三类标准容器：序列容器、排序容器和哈希容器，其中后两类容器也称为关联容器。

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序列容器

 所谓序列容器，即以线性排列（类似普通数组的存储方式）来存储某一指定类型的数据。之所以被称为序列容器，是因为元素在容器中的位置与元素的值无关，即容器不是排序的，该类容器并不会自动对存储的元素按照值的大小进行排序。也就是说，将元素插入容器时，指定在什么位置，元素就会位于什么位置。

 序列容器主要包括：

array数组容器

array：表示可以存储N个T类型的元素，是C++本身提供的一种容器。
此类容器一旦建立，其长度就是固定不变的，这意味着不能增加或删除元素，只能改变某个元素的值。

vector向量容器

vector< T >：用来存放T类型的元素，是一个长度可变的序列容器，即在存储空间不足时，会自动申请更多的内存。
使用此容器，在尾部增加或删除元素的效率最高（O(1)），在其它位置插入或删除元素的效率较差（O(n)，其中n是容器中元素的个数）。

deque双端队列容器

deque< T >：和vector非常相似，区别在于使用该容器不仅尾部插入和删除元素高效，在头部插入或删除元素也同样高效，时间复杂度均为O(1)，但是在容器中某一位置插入或删除元素的时间复杂度仍为O(n)。

list链表容器

list< T >：是一个长度可变、由T类型元素组成的序列，它以双向链表的形式组织元素，在这个序列的任何地方都可以高效的增加或删除元素（O(1)），但访问容器中任意元素的速度要比前三种容器慢，这是因为list< T >必须从第一个元素或最后一个元素开始访问，需要沿着链表移动，直到到达想要访问的元素。

forward_list正向链表容器

forward_list< T >：和list容器非常类似，只不过它以单链表的形式组织元素，它内部的元素只能从第一个元素开始访问，是一类比链表容器快、更节省内存的容器。

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关联容器

关联式容器在存储元素值的同时，还会为各元素额外再配备一个值，又称为“键”，其本质也是一个C++基础数据类型或自定义类型的元素，它的功能是在使用关联式容器的过程中，如果已知目标元素的键的值，则直接通过该键就可以找到目标元素， 而无需通过遍历整个容器的方式。
也就是说，使用关联式容器存储的元素，都是一个个的键值对（），这是和序列式容器最大的不同。除此之外，使用关联式存储的元素，默认会根据各元素的键值的大小做升序排序。

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排序容器

 排序容器中的元素默认是由小到大顺序排好的，即便是插入元素，元素也会插入到适当位置。所以关联容器在查找时具有非常好的性能。
 排序容器主要包括：

set集合容器

定义在< set >头文件中，使用该容器存储的数据，各个元素的键和值完全相同，且各个元素的值不能重复（保证了各元素键的唯一性）。该容器会自动根据各个元素的键（其实也就是元素的值）的大小进行升序排序（调用std::less< T >）。

multiset多重集合容器

定义在头文件中，和set容器唯一的不同在于，multiset容器中存储元素的值可以重复（一旦值重复，则意味着键也是重复的）。

map映射容器

定义在< map >头文件中，使用该容器存储的数据，其各个元素的键必须是唯一的，不能重复，该容器会根据各元素键的大小，默认进行升序排序（调用std::less< T >）。

multimap多重映射容器

定义在< map >头文件中，和map容器唯一的不同在于，multimap容器中存储元素的键可以重复。

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哈希容器(无序关联容器、无序容器)

 哈希容器中的元素是未排序的，元素的位置由哈希函数确定。
 和关联式容器一样，无序容器也使用键值对（pair类型）的方式存储数据。
 但是，关联式容器和无序容器之间有本质上的不同：关联式容器的底层实现采用的树存储结构，更确切的说是红黑树结构；无序容器的底层实现采用的是哈希表的存储结构（C++底层采用哈希表实现无序容器时，会将数据存储到一整块连续的内存空间中，并且当数据存储位置发生冲突时，采用“开链法”解决）。

基于底层实现采用了不同的数据结构，因此和关联式容器相比，无序容器具有以下两个特点：

1. 无序容器内部存储的键值对是无序的，各键值对的存储位置取决于键值对中的键。
2. 和关联式容器相比，无序容器擅长通过指定键查找对应的值（O(1)），但对于使用迭代器遍历容器中存储的元素，无序容器的执行效率则不如关联式容器。

C++ 11中新添加4中关联式容器：

unordered_set哈希集合

不再以键值对的形式存储数据，而是直接存储数据元素本身（也可以理解为，该容器存储的全部都是键key和值value相等的键值对，正因为它们相等，因此只存储value即可）。另外，该容器存储的元素不能重复，且容器内部存储的元素也是无序的。

unordered_multiset哈希多重集合

和unordered_set唯一的区别在于，该容器允许存储值相同的元素。

unordered_map哈希映射

存储键值对类型的元素，其中各个键值对的键不允许重复，且该容器中存储的键值对是无序的。

unordered_multimap哈希多重映射

和unordered_map唯一的区别在于，该容器允许存储多个键相同的键值对。

 很容易发现，以上4种无序容器的名称，是前面4种关联式容器名称的基础上添加了"unordered_"，以 map 和 unordered_map 为例，其实它们之间只有一个区别：即 map 容器内存会对存储的键值对进行排序，而 unordered_map 不会。

 无序容器其实就是在已提供的4种关联式容器的基础上，又新增了各自的"unordered"版本，提高了查找指定元素的效率。

 既然无序容器和之前所学的关联式容器类似，那么在实际使用中应该选哪种容器呢？
 总的来说，实际场景中如果涉及大量遍历容器的操作，建议首选关联式容器；反之，如果更多的操作是通过键获取对应的值，则应首选无序容器。

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