『C++』STL容器入门

最近在学习opencv，因为C++基础很烂，所以遇到了不少问题，其中STL模块也是没少接触，特此简单了解一下STL的容器类型（主要是Vector）和迭代器的简单用法。

C++ STL（标准模板库）是一套功能强大的 C++ 模板类，提供了通用的模板类和函数，这些模板类和函数可以实现多种流行和常用的算法和数据结构，如向量、链表、队列、栈。其核心包括以下三个组件：

组件	描述
容器（Containers）	容器是用来管理某一类对象的集合。C++ 提供了各种不同类型的容器，比如 deque、list、vector、map 等。
算法（Algorithms）	算法作用于容器。它们提供了执行各种操作的方式，包括对容器内容执行初始化、排序、搜索和转换等操作。
迭代器（iterators）	迭代器用于遍历对象集合的元素。这些集合可能是容器，也可能是容器的子集。

这三个组件都带有丰富的预定义函数，帮助我们通过简单的方式处理复杂的任务。在网上看到一篇很好的入门介绍，特产备份记录以供查阅，如果有读者看到本文建议去原作者处阅读（原文链接）。

STL内容丰富而强大，本节我们仅仅简单的介绍常用常用的容器，方便查阅，而中最基本以及最常用的类或容器无非就是以下几个：

• string
• vector
• set
• list
• map

下面就依次介绍它们，并给出一些最常见的最实用的使用方法，做到快速入门。

一、string

1、初始化

C语言创建字符串的方法一般如下：

char* s1 = "Hello SYSU!"; //创建指针指向字符串常量，这段字符串我们是不能修改的

//想要创建 可以修改的字符串，我们可以使用数组分配空间
char s2[20] = "Hello SYSU!";
//或者这样
char s3[] = "Hello SYSU!";

//当然我们也可以动态分配内存
char* s4 = (char*)malloc(20）;
gets(s4);

C++ 标准库中的string表示可变长的字符串，它在头文件string里面。

#include <string>

用string初始化字符串分两类：用“=”号就是拷贝初始化，否则就是直接初始化。

string s1;//初始化字符串，空字符串
string s2 = s1; //拷贝初始化，深拷贝字符串
string s3 = "I am Yasuo"; //直接初始化，s3存了字符串
string s4(10, 'a'); //s4存的字符串是aaaaaaaaaa
string s5(s4); //拷贝初始化，深拷贝字符串
string s6("I am Ali"); //直接初始化
string s7 = string(6, 'c'); //拷贝初始化，cccccc

2、常用操作

#include <iostream>
#include <string>

using namespace std;

int main()
{
    string s1;//初始化字符串，空字符串
    string s2 = s1; //拷贝初始化，深拷贝字符串
    string s3 = "I am Yasuo"; //直接初始化，s3存了字符串
    string s4(10, 'a'); //s4存的字符串是aaaaaaaaaa
    string s5(s4); //拷贝初始化，深拷贝字符串
    string s6("I am Ali"); //直接初始化
    string s7 = string(6, 'c'); //拷贝初始化，cccccc

    //string的各种操作
    string s8 = s3 + s6;//将两个字符串合并成一个
    s3 = s6;//用一个字符串来替代另一个字符串的对用元素

    cin >> s1;

    cout << s1 << endl;
    cout << s2 << endl;
    cout << s3 << endl;
    cout << s4 << endl;
    cout << s5 << endl;
    cout << s6 << endl;
    cout << s7 << endl;
    cout << s8 << endl;
    cout << "s7 size = " << s7.size() << endl; //字符串长度，不包括结束符
    cout << (s2.empty() ? "This string is empty" : "This string is not empty") << endl;;

    system("pause");
    return 0;
}

 

getline

我们输入"   123   456"仅仅读取到了"123"，这是因为cin不会计算初始的空格，且遇到字符后面的第一个空格就会停止，解决方式为：

cin>>s1>>s2;

会将"123"分给s1，将"456"分给s2。

如果不想像上面那样创建多个string来存储单词，那就是用getline来获取一整行内容，

string str;
getline(cin, str);
cout << str << endl;

string加法

当把string对象和字符面值及字符串面值混在一条语句中使用时，必须确保+的两侧的运算对象至少有一个是string

string s1 = s2 + ", "; //正确，假定s2为string
string s3 = "s " + ", "; //错误
string s4 = "hello" + ", " + s1; //错误
string s5 = s1 + "hello " + ", "; //改一下顺序，s1放前头，正确了，注意理解=号右边的运算顺序

3、访问string元素

访问字符串的每个字符，

for (int i = 0; i < s3.size(); i++)
{
    cout << s3[i] << endl;
    s3[i] = 's';
}

迭代器

在C语言中一般用下标或者指针来访问数组元素，而在C++里，有个新奇的东西叫做迭代器iterator，我们可以使用它来访问容器元素。

string str("hi sysu");
for (string::iterator it = str.begin(); it != str.end(); it++)
{
    cout << *it << endl;
}

类似常量指针，也可以是使用const_iterator使得访问元素时是能读不能写，

string str2("hi sysu");
for (string::const_iterator it = str2.begin(); it != str2.end(); it++)
{
    cout << *it << endl;
    *it = 'l'; //这是错误的，不能写
}

4、字符串查找/判断

string还有一些很好用的函数，比如找子串，

string sq("heoolo sdaa ss");
cout << s.find("aa", 0) << endl; //返回的是子串位置。第二个参数是查找的起始位置，如果找不到，就返回string::npos
if (s.find("aa1", 0) == string::npos)
{
    cout << "找不到该子串！" << endl;
}

二、vector

C++ STL中的verctor好比是C语言中的数组，但是vector又具有数组没有的一些高级功能。要想用vector首先得包含头文件vector。

#include <vector>

1、初始化

如果vector的元素类型是int，默认初始化为0；如果vector元素类型为string，则默认初始化为空字符串。

vector<int> v1;
vector<float> v2;
vector<string> v3;
vector<vector<int> >;  //注意空格。这里相当于二维数组int a[n][n];
vector<int> v5 = { 1,2,3,4,5 }; //列表初始化,注意使用的是花括号
vector<string> v6 = { "hi","my","name","is","lee" };
vector<int> v7(5, -1); //初始化为-1,-1,-1,-1,-1。第一个参数是数目，第二个参数是要初始化的值
vector<string> v8(3, "hi");
vector<int> v9(10); //默认初始化为0
vector<string> v10(4); //默认初始化为空字符串

2、常用操作

访问和操作vector中的元素，

for (int i = 0; i < v1.size(); i++)
{
    cout << v1[i] << endl;
    v1[i] = 100;
    cout << v1[i] << endl;
}

注意：只能对已存在的元素进行赋值或者修改操作，如果是要加入新元素，务必使用push_back。push_back的作用有两个：告诉编译器为新元素开辟空间、将新元素存入新空间里，添加位置为尾部，

for (int i = 0; i < 20; i++)
{
    v1.push_back(i);
}

比如下面的代码是错误的，但是编译器不会报错，就像是数组越界，

vector<int> vec;
vec[0] = 1;  //错误！

迭代器

vector<string> v6 = { "hi","my","name","is","lee" };
for (vector<string>::iterator iter = v6.begin(); iter != v6.end(); iter++)
{
    cout << *iter << endl;
    //下面两种方法都行
    cout << (*iter).empty() << endl;
    cout << iter->empty() << endl; 
}

上面是正向迭代，也可以反向迭代：

for (vector<string>::reverse_iterator iter = v6.rbegin(); iter != v6.rend(); iter++)
{
    cout << *iter << endl;
}

3、增删查改

#include <iostream>
#include <vector>
#include <string>

using namespace std;

template <typename T>  
void showvector(vector<T> v)
{
    for (vector<T>::iterator it = v.begin(); it != v.end(); it++)
    {
        cout << *it;
    }
    cout << endl;
}

int main()
{
    vector<string> v6 = { "hi","my","name","is","lee" };
    v6.resize(3);  //重新调整vector容量大小
    showvector(v6);

    vector<int> v5 = { 1,2,3,4,5 }; //列表初始化,注意使用的是花括号
    cout << v5.front() << endl; //访问第一个元素
    cout << v5.back() << endl; //访问最后一个元素

    showvector(v5);
    v5.pop_back(); //删除最后一个元素
    showvector(v5);
    v5.push_back(6); //加入一个元素并把它放在最后
    showvector(v5);
    v5.insert(v5.begin()+1,9); //在第二个位置插入新元素
    showvector(v5);
    v5.erase(v5.begin() + 3);  //删除第四个元素
    showvector(v5);
    v5.insert(v5.begin() + 1, 7,8); //连续插入7个8
    showvector(v5);
    v5.clear(); //清除所有内容
    showvector(v5);

    system("pause");
    return 0;
} 

【注1】但凡使用了迭代器的循环体，都不要向迭代器所属的容器添加元素！

【注2】push_back把元素插入容器末尾，insert把元素插入任何你指定的位置，不过push_back速度一般比insert快。如果能用push_back尽量先用push_back。

【注3】template <typename T>可以根据需要的类型进行匹配，其实就是模板。

三、set

set跟vector差不多，它跟vector的唯一区别就是，set里面的元素是有序的且唯一的，只要你往set里添加元素，它就会自动排序，而且，如果你添加的元素set里面本来就存在，那么这次添加操作就不执行。

要想用set需要头文件set：

#include <set>

一个使用示范如下：

#include <iostream>
#include <set>
#include <string>

using namespace std;

template <typename T>
void showset(set<T> v)
{
    for (set<T>::iterator it = v.begin(); it != v.end(); it++)
    {
        cout << *it;
    }
    cout << endl;
}

int main()
{
    set<int> s1{9,8,1,2,3,4,5,5,5,6,7,7 }; //自动排序，从小到大,剔除相同项
    showset(s1);
    set<string> s2{ "hello","sysy","school","hello" }; //字典序排序
    showset(s2);
    s1.insert(9); //有这个值了，do nothing
    showset(s1);
    s2.insert("aaa"); //没有这个字符串，添加并且排序
    showset(s2);
    
    system("pause");
    return 0;
} 

四、list

list是一个双向链表，而单链表对应的容器则是foward_list。

list即双向链表的优点是插入和删除元素都比较快捷，缺点是不能随机访问元素。

要想使用list需要头文件list，

#include <list>

使用示范如下

#include <iostream>
#include <list>
#include <string>

using namespace std;

template <typename T>
void showlist(list<T> v)
{
    for (list<T>::iterator it = v.begin(); it != v.end(); it++)
    {
        cout << *it;
    }
    cout << endl;
}

int main()
{
    list<int> l1{ 1,2,3,4,5,5,6,7,7 };
    showlist(l1);
    list<double> l2;
    list<char> l3(10);
    list<int> l4(5, 10); //将元素都初始化为10
    showlist(l4);

    
    system("pause");
    return 0;
} 

 

值得注意的是，list容器不能调用algorithm下的sort函数进行排序，因为sort函数要求容器必须可以随机存储，而list做不到。所以，list自己做了一个自己用的排序函数，用法如下：

list<int> l1{ 8,5,7,6,1,2,3,4,5,5,6,7,7 };
l1.sort();

五、map

map运用了哈希表地址映射的思想，也就是key-value的思想，来实现的。

首先给出map最好用也最最常用的用法例子，就是用字符串作为key去查询操作对应的value。

要使用map得先加个头文件map。

#include <map>

使用示范如下

#include <iostream>
#include <map>
#include <string>

using namespace std;

void showmap(map<string, int> v)
{
    for (map<string, int>::iterator it = v.begin(); it != v.end(); it++)
    {
        cout << it->first << "  " << it->second << endl;  //注意用法，不是用*it来访问了。first表示的是key，second存的是value
    }
    cout << endl;
}

int main()
{
    map<string, int> m1; //<>里的第一个参数表示key的类型,第二个参数表示value的类型
    m1["Kobe"] = 100;
    m1["James"] = 99;
    m1["Curry"] = 98;

    string s("Jordan");
    m1[s] = 90;

    cout << m1["Kobe"] << endl;
    cout << m1["Jordan"] << endl;
    cout << m1["Durant"] << endl; //不存在这个key，就显示0

    m1.erase("Curry");//通过关键字来删除
    showmap(m1);
    m1.insert(pair<string, int>("Harris", 89)); //也可以通过insert函数来实现增加元素
    showmap(m1);
    m1.clear(); //清空全部


    system("pause");
    return 0;
}

如果想看看某个存不存在某个key，可以用count来判断，

if (m1.count("Lee"))
{
    cout << "Lee is in m1!" << endl;
}
else
{
    cout << "Lee do not exist!" << endl;
}

 用迭代器来访问元素

for (map<string, int>::iterator it = m1.begin(); it != m1.end(); it++)
{
    cout << it->first<<"  "<<it->second << endl;  //注意用法，不是用*it来访问了。first表示的是key，second存的是value
}