学习总结：C++中STL的数据结构

2023-08-30 04:03| 来源: 网络整理| 查看: 265

1.STL介绍

STL（Standard Template Library），即标准模板库，是一个具有工业强度的，高效的C++程序库。它被容纳于C++标准程序库（C++ Standard Library）中，是ANSI/ISO C++标准中最新的也是极具革命性的一部分。该库包含了诸多在计算机科学领域里所常用的基本数据结构和基本算法。为广大C++程序员们提供了一个可扩展的应用框架，高度体现了软件的可复用性。

2.C++STL提供的数据结构 1. Sequence Containers：维持顺序的容器。 (a). vector：

动态数组，是我们最常使用的数据结构之一，用于 O(1) 的随机读取。因为大部分算法的时间复杂度都会大于 O(n)，因此我们经常新建 vector 来存储各种数据或中间变量。因为在尾部增删的复杂度是 O(1)，我们也可以把它当作 stack 来用。

(b). list：

双向链表，也可以当作 stack 和 queue 来使用。由于 LeetCode 的题目多用 Node 来表示链表，且链表不支持快速随机读取，因此我们很少用到这个数据结构。一个例外是经典的 LRU 问题，我们需要利用链表的特性来解决，我们在后文会遇到这个问题。

(c). deque：

双端队列，这是一个非常强大的数据结构，既支持 O(1) 随机读取，又支持 O(1) 时间的头部增删和尾部增删，不过有一定的额外开销。

(d). array：

固定大小的数组，一般在刷题时我们不使用。

(e). forward_list：

单向链表，一般在刷题时我们不使用。

2. Container Adaptors：基于其它容器实现的数据结构。 (a). stack：

后入先出（LIFO）的数据结构，默认基于 deque 实现。stack 常用于深度优先搜索、一些字符串匹配问题以及单调栈问题。

(b). queue：

先入先出（FIFO）的数据结构，默认基于 deque 实现。queue 常用于广度优先搜索。

(c). priority_queue：

最大值先出的数据结构，默认基于vector实现堆结构。它可以在O(n log n) 的时间排序数组，O(log n) 的时间插入任意值，O(1) 的时间获得最大值，O(log n) 的时间删除最大值。priority_queue 常用于维护数据结构并快速获取最大或最小值。

3. Associative Containers：实现了排好序的数据结构。 (a). set：

有序集合，元素不可重复，底层实现默认为红黑树，即一种特殊的二叉查找树（BST）。它可以在 O(n log n) 的时间排序数组，O(log n) 的时间插入、删除、查找任意值，O(log n) 的时间获得最小或最大值。这里注意，set 和 priority_queue 都可以用于维护数据结构并快速获取最大最小值，但是它们的时间复杂度和功能略有区别，如 priority_queue 默认不支持删除任意值，而 set 获得最大或最小值的时间复杂度略高，具体使用哪个根据需求而定。

(b). multiset：

支持重复元素的 set。

(c). map：

有序映射或有序表，在 set 的基础上加上映射关系，可以对每个元素 key 存一个值 value。

(d). multimap：

支持重复元素的 map。

4. Unordered Associative Containers：对每个 Associative Containers 实现了哈希版本。 (a). unordered_set：

哈希集合，可以在 O(1) 的时间快速插入、查找、删除元素，常用于快速的查询一个元素是否在这个容器内。

(b). unordered_multiset：

支持重复元素的 unordered_set。

(c). unordered_map：

哈希映射或哈希表，在 unordered_set 的基础上加上映射关系，可以对每一个元素 key 存一个值 value。在某些情况下，如果 key 的范围已知且较小，我们也可以用 vector 代替 unordered_map，用位置表示 key，用每个位置的值表示 value。

(d). unordered_multimap：

支持重复元素的 unordered_map。

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