[C++知识库]C++ STL序列容器

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（例如 int、double 等）的数据，需要特殊说明的是，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。

array（数组容器）

array<T,N>（数组容器）,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。

在使用该容器之前，代码中需引入array 头文件，并默认使用 std 命令空间，如下所示：

#include <array>
using namespace std;

在 **array<T,N> **类模板中，T 用于指明容器中的存储的具体数据类型，N 用于指明容器的大小，需要注意的是，这里的 N 必须是常量，不能用变量表示。

初始化方式

创建具有 10 个 double 类型元素的 array 容器：

std::array<double, 10> values;

使用这种方式创建的容器中，各个元素的值是不确定的（array 容器不会做默认初始化操作）。
注意，如果程序中已经默认指定了 std 命令空间，这里可以省略 std::。

std::array<double, 10> values {};

可以将所有的元素初始化为 0 或者和默认元素类型等效的值，使用该语句，容器中所有的元素都会被初始化为 0.0。

std::array<double, 10> values {0.5,1.0,1.5,2.0};

可以像创建常规数组那样对元素进行初始化，这里只初始化了前 4 个元素，剩余的元素都会被初始化为 0.0。

函数说明

访问元素的几种方式

访问array容器中单个元素

1. 通过容器名[]的方式直接访问和使用容器中的元素，

values[4] = values[3] + 2.O*values[1];

使用如上这样方式，由于没有做任何边界检查，所以即便使用越界的索引值去访问或存储元素，也不会被检测到。

2. at()成员函数
   为了能够有效地避免越界访问的情况，可以使用 array 容器提供的 at() 成员函数，例如 :

values.at (4) = values.at(3) + 2.O*values.at(1);

当传给 at() 的索引是一个越界值时，程序会抛出 std::out_of_range 异常

3. get 模板函数
   它是一个辅助函数，能够获取到容器的第 n 个元素。需要注意的是，该模板函数中，参数的实参必须是一个在编译时可以确定的常量表达式，所以它不能是一个循环变量。也就是说，它只能访问模板参数指定的元素，编译器在编译时会对它进行检查。

#include <iostream>
#include <array>
#include <string>
using namespace std;
int main()
{
    array<string, 5> words{ "one","two","three","four","five" };
    cout << get<3>(words) << endl; // Output words[3]
    //cout << get<6>(words) << std::endl; //越界，会发生编译错误
    return 0;
}

4. data() 成员函数
   通过调用该函数可以得到指向容器首个元素的指针。通过该指针，我们可以获得容器中的各个元素，例如：

#include <iostream>
#include <array>
using namespace std;
int main()
{
    array<int, 5> words{1,2,3,4,5};
    cout << *( words.data()+1);
    return 0;
}

访问array容器中多个元素

1. size() 函数
   size() 函数能够返回容器中元素的个数（函数返回值为 size_t 类型），所以能够像下面这样去逐个提取容器中的元素，并计算它们的和：

double total = 0;
for(size_t i = 0 ; i < values.size() ; ++i)
{
    total += values[i];
}

2. 使用基于范围的循环，因此能够更加简便地计算容器中所有元素的和，比如：

double total = 0;
for(auto&& value : values)
    total += value;

#include <iostream>
#include <iomanip> 
#include <array>
using namespace std;
int main()
{
    array<int, 5> values1;
    array<int, 5> values2;
    //初始化 values1 为 {0,1,2,3,4}
    for (size_t i = 0; i < values1.size(); ++i)
    {
        values1.at(i) = i;
    }
    cout << "values1[0] is : " << values1[0] << endl;
    cout << "values1[1] is : " << values1.at(1) << endl;
    cout << "values1[2] is : " << get<2>(values1) << endl;
    //初始化 values2 为{10，11，12，13，14}
    int initvalue = 10;
    for (auto& value : values2)
    {
        value = initvalue;
        initvalue++;
    }
    cout <<  "Values1 is : ";
    for (auto i = values1.begin(); i < values1.end(); i++) {
        cout << *i << " ";
    }
    cout << endl << "Values2 is : ";
    for (auto i = values2.begin(); i < values2.end(); i++) {
        cout << *i << " ";
    }
    return 0;
}

运行结果为

values1[0] is : 0
values1[1] is : 1
values1[2] is : 2
Values1 is : 0 1 2 3 4
Values2 is : 10 11 12 13 14

示例

#include <iostream>
//需要引入 array 头文件
#include <array>
using namespace std;
int main()
{
    std::array<int, 4> values{};
    //初始化 values 容器为 {0,1,2,3}
    for (int i = 0; i < values.size(); i++) {
        values.at(i) = i;
    }
    //使用 get() 重载函数输出指定位置元素
    cout << get<3>(values) << endl;
    //如果容器不为空，则输出容器中所有的元素
    if (!values.empty()) {
        for (auto val = values.begin(); val < values.end(); val++) {
            cout << *val << " ";
        }
    }
}

代码中的 auto 关键字，可以使编译器自动判定变量的类型。

vector（向量容器）

vector（向量容器）,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（时间复杂度为 O(1) 常数阶），在其它位置插入或删除元素效率较差（时间复杂度为 O(n) 线性阶，其中 n 为容器中元素的个数）。

#include <vector>
using namespace std;

初始化方式

1. 如下代码展示了如何创建存储 double 类型元素的一个 vector 容器：

std::vector<double> values;

这是一个空的 vector 容器，因为容器中没有元素，所以没有为其分配空间。当添加第一个元素（比如使用 push_back() 函数）时，vector 会自动分配内存。
在创建好空容器的基础上，还可以像下面这样通过调用 reserve() 成员函数来增加容器的容量：

values.reserve(20);

调用 reserve() 不会影响已存储的元素，也不会生成任何元素，即 values 容器内此时仍然没有任何元素。

2. 在创建的同时指定初始值以及元素个数，比如：

std::vector<int> primes {2, 3, 5, 7, 11, 13, 17, 19};

3. 在创建 vector 容器时，也可以指定元素个数：

std::vector<double> values(20);

values 容器开始时就有 20 个元素，它们的默认初始值都为 0。
注意， 圆括号 () 和大括号 {} 是有区别的，前者（例如 (20) ）表示元素的个数，而后者（例如 {20} ） 则表示 vector 容器中只有一个元素 20。
如果不想用 0 作为默认值，也可以指定一个其它值，例如,

std::vector<double> values(20, 1.0);

圆括号 () 中的 2 个参数，既可以是常量，也可以用变量来表示，例如：

int num=20;
double value =1.0;
std::vector<double> values(num, value);

4. 通过存储元素类型相同的其它 vector 容器，也可以创建新的 vector 容器，例如：

std::vector<char>value1(5, 'c');
std::vector<char>value2(value1);

value2 容器中也具有 5 个字符 ‘c’。
如果不想复制其它容器中所有的元素，可以用一对指针或者迭代器来指定初始值的范围，例如：

int array[]={1,2,3};
std::vector<int>values(array, array+2);//values 将保存{1,2}
std::vector<int>value1{1,2,3,4,5};
std::vector<int>value2(std::begin(value1),std::begin(value1)+3);//value2保存{1,2,3}

value2 容器中就包含了 {1,2,3} 这 3 个元素。

vector 容器还有一个 std::swap(x , y) 非成员函数（其中 x 和 y 是存储相同类型元素的 vector 容器），它和 swap() 成员函数的功能完全相同，仅使用语法上有差异。
示例

#include <iostream>
#include <vector>
using namespace std;
int main()
{
    //初始化一个空vector容量
    vector<char>value;
    //向value容器中的尾部依次添加 S、T、L 字符
    value.push_back('S');
    value.push_back('T');
    value.push_back('L');
    //调用 size() 成员函数容器中的元素个数
    printf("元素个数为：%d\n", value.size());
    //使用迭代器遍历容器
    for (auto i = value.begin(); i < value.end(); i++) {
        cout << *i << " ";
    }
    cout << endl;
    //向容器开头插入字符
    value.insert(value.begin(), 'C');
    cout << "首个元素为：" << value.at(0) << endl;
    return 0;
}

元素个数为：3
S T L
首个元素为：C

访问元素的几种方式

访问vector容器中单个元素

1. vector 容器可以向普通数组那样访问存储的元素，甚至对指定下标处的元素进行修改，比如：

#include <iostream>
#include <vector>
using namespace std;
int main()
{
    vector<int> values{1,2,3,4,5};
    //获取容器中首个元素
    cout << values[0] << endl;
    //修改容器中下标为 0 的元素的值
    values[0] = values[1] + values[2] + values[3] + values[4];
    cout << values[0] << endl;
    return 0;
}

容器名[n]这种获取元素的方式，需要确保下标 n 的值不会超过容器的容量（可以通过 capacity() 成员函数获取），否则会发生越界访问的错误。

2. at() 成员函数
   当传给 at() 的索引会造成越界时，会抛出std::out_of_range异常。

#include <iostream>
#include <vector>
using namespace std;
int main()
{
    vector<int> values{1,2,3,4,5};
    //获取容器中首个元素
    cout << values.at(0) << endl;
    //修改容器中下标为 0 的元素的值
    values.at(0) = values.at(1) + values.at(2) + values.at(3) + values.at(4);
    cout << values.at(0) << endl;
    //下面这条语句会发生 out_of_range 异常
    //cout << values.at(5) << endl;
    return 0;
}

3. front() 和 back()，它们分别返回 vector 容器中第一个和最后一个元素的引用，通过利用这 2 个函数返回的引用，可以访问（甚至修改）容器中的首尾元素。

#include <iostream>
#include <vector>
using namespace std;
int main()
{
    vector<int> values{1,2,3,4,5};
    cout << "values 首元素为：" << values.front() << endl;
    cout << "values 尾元素为：" << values.back() << endl;
    //修改首元素
    values.front() = 10;
    cout <<"values 新的首元素为：" << values.front() << endl;
    //修改尾元素
    values.back() = 20;
    cout << "values 新的尾元素为：" << values.back() << endl;
    return 0;
}

输出结果为：

values 首元素为：1
values 尾元素为：5
values 新的首元素为：10
values 新的尾元素为：20

4. data() 成员函数

#include <iostream>
#include <vector>
using namespace std;
int main()
{
    vector<int> values{1,2,3,4,5};
    //输出容器中第 3 个元素的值
    cout << *(values.data() + 2) << endl;
    //修改容器中第 2 个元素的值
    *(values.data() + 1) = 10;
    cout << *(values.data() + 1) << endl;
    return 0;
}

访问vector容器中多个元素

1. 借助 size() 成员函数，该函数可以返回 vector 容器中实际存储的元素个数。例如：

#include <iostream>
#include <vector>
using namespace std;
int main()
{
    vector<int> values{1,2,3,4,5};
    //从下标 0 一直遍历到 size()-1 处
    for (int i = 0; i < values.size(); i++) {
        cout << values[i] << " ";
    }
    return 0;
}

1 2 3 4 5
注意， 这里不要使用 capacity() 成员函数，因为它返回的是 vector 容器的容量，而不是实际存储元素的个数，这两者是有差别的。

2. 使用基于范围的循环，此方式将会逐个遍历容器中的元素。比如：

#include <iostream>
#include <vector>
using namespace std;
int main()
{
    vector<int> values{1,2,3,4,5};
    for (auto&& value : values)
        cout << value << " ";
    return 0;
}

3. 使用 vector 迭代器遍历 vector 容器，这里以 begin()/end() 为例：

#include <iostream>
#include <vector>
using namespace std;
int main()
{
    vector<int> values{1,2,3,4,5};
    for (auto first = values.begin(); first < values.end(); ++first) {
        cout << *first << " ";
    }
    return 0;
}

这里也可以使用 rbegin()/rend()、cbegin()/cend()、crbegin()/crend() 以及全局函数 begin()/end() ，它们都可以实现对容器中元素的访问。

添加元素push_back()和emplace_back()

1. push_back()
   是在 vector 容器尾部添加一个元素，用法也非常简单，比如：

#include <iostream>
#include <vector>
using namespace std;
int main()
{
    vector<int> values{};
    values.push_back(1);
    values.push_back(2);
    for (int i = 0; i < values.size(); i++) {
        cout << values[i] << " ";
    }
    return 0;
}

运行程序，输出结果为：1 2

2. emplace_back()
   其功能和 push_back() 相同，都是在 vector 容器的尾部添加一个元素。

#include <iostream>
#include <vector>
using namespace std;
int main()
{
    vector<int> values{};
    values.emplace_back(1);
    values.emplace_back(2);
    for (int i = 0; i < values.size(); i++) {
        cout << values[i] << " ";
    }
    return 0;
}

运行结果为：1 2
emplace_back()和push_back()的区别
emplace_back() 和 push_back() 的区别，就在于底层实现的机制不同。push_back() 向容器尾部添加元素时，首先会创建这个元素，然后再将这个元素拷贝或者移动到容器中（如果是拷贝的话，事后会自行销毁先前创建的这个元素）；而 emplace_back() 在实现时，则是直接在容器尾部创建这个元素，省去了拷贝或移动元素的过程。

emplace_back() 的执行效率比 push_back() 高。因此，在实际使用时，建议大家优先选用 emplace_back()。

插入元素insert()和emplace()

insert() 函数的功能是在 vector 容器的指定位置插入一个或多个元素。该函数的语法格式有多种，如表

#include <iostream> 
#include <vector> 
#include <array> 
using namespace std;
int main()
{
    std::vector<int> demo{1,2};
    //第一种格式用法
    demo.insert(demo.begin() + 1, 3);//{1,3,2}
    //第二种格式用法
    demo.insert(demo.end(), 2, 5);//{1,3,2,5,5}
    //第三种格式用法
    std::array<int,3>test{ 7,8,9 };
    demo.insert(demo.end(), test.begin(), test.end());//{1,3,2,5,5,7,8,9}
    //第四种格式用法
    demo.insert(demo.end(), { 10,11 });//{1,3,2,5,5,7,8,9,10,11}
    for (int i = 0; i < demo.size(); i++) {
        cout << demo[i] << " ";
    }
    return 0;
}

运行结果为：1 3 2 5 5 7 8 9 10 11
emplace() 是 C++ 11 标准新增加的成员函数，用于在 vector 容器指定位置之前插入一个新的元素。emplace() 每次只能插入一个元素，而不是多个。

iterator emplace (const_iterator pos, args...);

pos 为指定插入位置的迭代器；args… 表示与新插入元素的构造函数相对应的多个参数；该函数会返回表示新插入元素位置的迭代器。

#include <vector>
#include <iostream>
using namespace std;
int main()
{
    std::vector<int> demo1{1,2};
    //emplace() 每次只能插入一个 int 类型元素
    demo1.emplace(demo1.begin(), 3);
    for (int i = 0; i < demo1.size(); i++) {
        cout << demo1[i] << " ";
    }
    return 0;
}

运行结果为：3 1 2
emplace() 在插入元素时，是在容器的指定位置直接构造元素，而不是先单独生成，再将其复制（或移动）到容器中。因此，在实际使用中，推荐大家优先使用 emplace()。

vector删除元素方法

1. pop_back()，删除 vector 容器中最后一个元素，该容器的大小（size）会减 1，但容量（capacity）不会发生改变。

#include <vector>
#include <iostream>
using namespace std;
int main()
{
    vector<int>demo{ 1,2,3,4,5 };
    demo.pop_back();
    //输出 dmeo 容器新的size
    cout << "size is :" << demo.size() << endl;
    //输出 demo 容器新的容量
    cout << "capacity is :" << demo.capacity() << endl;
    for (int i = 0; i < demo.size(); i++) {
        cout << demo[i] << " ";
    }
    return 0;
}

运行结果为：

size is :4
capacity is :5
1 2 3 4

2. erase(pos),删除 vector 容器中 pos 迭代器指定位置处的元素，并返回指向被删除元素下一个位置元素的迭代器。该容器的大小（size）会减 1，但容量（capacity）不会发生改变。

iterator erase (pos);

• pos 为指定被删除元素位置的迭代器，同时该函数会返回一个指向删除元素所在位置下一个位置的迭代器。

#include <vector>
#include <iostream>
using namespace std;
int main()
{
    vector<int>demo{ 1,2,3,4,5 };
    auto iter = demo.erase(demo.begin() + 1);//删除元素 2
    //输出 dmeo 容器新的size
    cout << "size is :" << demo.size() << endl;
    //输出 demo 容器新的容量
    cout << "capacity is :" << demo.capacity() << endl;
    for (int i = 0; i < demo.size(); i++) {
        cout << demo[i] << " ";
    }
    //iter迭代器指向元素 3
    cout << endl << *iter << endl;
    return 0;
}

运行结果为：

size is :4
capacity is :5
1 3 4 5
3

erase() 函数在删除元素时，会将删除位置后续的元素陆续前移，并将容器的大小减 1。

3. swap(beg)、pop_back() 先调用 swap() 函数交换要删除的目标元素和容器最后一个元素的位置，然后使用 pop_back() 删除该目标元素。如果不在意容器中元素的排列顺序。

#include <vector>
#include <iostream>
#include <algorithm>
using namespace std;
int main()
{
    vector<int>demo{ 1,2,3,4,5 };
    //交换要删除元素和最后一个元素的位置
    swap(*(std::begin(demo)+1),*(std::end(demo)-1));//等同于 swap(demo[1],demo[4])
   
    //交换位置后的demo容器
    for (int i = 0; i < demo.size(); i++) {
        cout << demo[i] << " ";
    }
    demo.pop_back();
    cout << endl << "size is :" << demo.size() << endl;
    cout << "capacity is :" << demo.capacity() << endl;
    //输出demo 容器中剩余的元素
    for (int i = 0; i < demo.size(); i++) {
        cout << demo[i] << " ";
    }
    return 0;
}

运行结果为：

1 5 3 4 2
size is :4
capacity is :5
1 5 3 4

4. erase(beg,end) 删除 vector 容器中位于迭代器 [beg,end)指定区域内的所有元素，并返回指向被删除区域下一个位置元素的迭代器。该容器的大小（size）会减小，但容量（capacity）不会发生改变。

iterator erase (iterator first, iterator last);

first 和 last 是指定被删除元素区域的迭代器，同时该函数会返回指向此区域之后一个位置的迭代器。

#include <vector>
#include <iostream>
using namespace std;
int main()
{
    std::vector<int> demo{ 1,2,3,4,5 };
    //删除 2、3
    auto iter = demo.erase(demo.begin()+1, demo.end() - 2);
    cout << "size is :" << demo.size() << endl;
    cout << "capacity is :" << demo.capacity() << endl;
    for (int i = 0; i < demo.size(); i++) {
        cout << demo[i] << " ";
    }
    return 0;
}

运行结果为：
size is :3
capacity is :5
1 4 5

5. remove() 删除容器中所有和指定元素值相等的元素，并返回指向最后一个元素下一个位置的迭代器。值得一提的是，调用该函数不会改变容器的大小和容量。

#include <vector>
#include <iostream>
#include <algorithm>
using namespace std;
int main()
{
    vector<int>demo{ 1,3,3,4,3,5 };
    //交换要删除元素和最后一个元素的位置
    auto iter = std::remove(demo.begin(), demo.end(), 3);
    cout << "size is :" << demo.size() << endl;
    cout << "capacity is :" << demo.capacity() << endl;
    //输出剩余的元素
    for (auto first = demo.begin(); first < iter;++first) {
        cout << *first << " ";
    }
    return 0;
}

运行结果为：
size is :6
capacity is :6
1 4 5

由于该函数并没有改变容器原来的大小和容量，因此无法使用之前的方法遍历容器，而是需要向程序中那样，借助 remove() 返回的迭代器完成正确的遍历。
该容器的大小和容量都没有改变，其剩余位置还保留了之前存储的元素。我们可以使用 erase() 成员函数删掉这些 “无用” 的元素。

#include <vector>
#include <iostream>
#include <algorithm>
using namespace std;
int main()
{
    vector<int>demo{ 1,3,3,4,3,5 };
    //交换要删除元素和最后一个元素的位置
    auto iter = std::remove(demo.begin(), demo.end(), 3);
    demo.erase(iter, demo.end());
    cout << "size is :" << demo.size() << endl;
    cout << "capacity is :" << demo.capacity() << endl;
    //输出剩余的元素
    for (int i = 0; i < demo.size();i++) {
        cout << demo[i] << " ";
    }
    return 0;
}

运行结果为：

size is :3
capacity is :6
1 4 5

6. clear() 删除 vector 容器中所有的元素，使其变成空的 vector 容器。该函数会改变 vector 的大小（变为 0），但不是改变其容量。

#include <vector>
#include <iostream>
#include <algorithm>
using namespace std;
int main()
{
    vector<int>demo{ 1,3,3,4,3,5 };
    //交换要删除元素和最后一个元素的位置
    demo.clear();
    cout << "size is :" << demo.size() << endl;
    cout << "capacity is :" << demo.capacity() << endl;
    return 0;
}

运行结果为：

size is :0
capacity is :6

deque（双端队列容器）

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，时间复杂度都是 O(1) 常数阶，但是在容器中某一位置处插入或删除元素，时间复杂度为 O(n) 线性阶。deque 容器中存储元素并不能保证所有元素都存储到连续的内存空间中。
当需要向序列两端频繁的添加或删除元素时，应首选 deque 容器。

#include <deque>
using namespace std;

初始化方式

1. 创建一个没有任何元素的空 deque 容器：

std::deque<int> d;

和空 array 容器不同，空的 deque 容器在创建之后可以做添加或删除元素的操作，因此这种简单创建 deque 容器的方式比较常见。

2. 创建一个具有 n 个元素的 deque 容器，其中每个元素都采用对应类型的默认值：

std::deque<int> d(10);

创建一个具有 10 个元素（默认都为 0）的 deque 容器。

3. 创建一个具有 n 个元素的 deque 容器，并为每个元素都指定初始值，例如：

std::deque<int> d(10, 5)

创建了一个包含 10 个元素（值都为 5）的 deque 容器。

4. 在已有 deque 容器的情况下，可以通过拷贝该容器创建一个新的 deque 容器，例如：

std::deque<int> d1(5);
std::deque<int> d2(d1);

注意：采用此方式，必须保证新旧容器存储的元素类型一致。

5. 通过拷贝其他类型容器中指定区域内的元素（也可以是普通数组），可以创建一个新容器，例如：

//拷贝普通数组，创建deque容器
int a[] = { 1,2,3,4,5 };
std::deque<int>d(a, a + 5);
//适用于所有类型的容器
std::array<int, 5>arr{ 11,12,13,14,15 };
std::deque<int>d(arr.begin()+2, arr.end());//拷贝arr容器中的{13,14,15}

成员函数

删除了 capacity()、reserve() 和 data() 成员函数。
std::swap(x , y) 非成员函数（其中 x 和 y 是存储相同类型元素的 deque 容器），它和 swap() 成员函数的功能完全相同。

#include <iostream>
#include <deque>
using namespace std;
int main()
{
    //初始化一个空deque容量
    deque<int>d;
    //向d容器中的尾部依次添加 1，2,3
    d.push_back(1); //{1}
    d.push_back(2); //{1,2}
    d.push_back(3); //{1,2,3}
    //向d容器的头部添加 0 
    d.push_front(0); //{0,1,2,3}
    //调用 size() 成员函数输出该容器存储的字符个数。
    printf("元素个数为：%d\n", d.size());
   
    //使用迭代器遍历容器
    for (auto i = d.begin(); i < d.end(); i++) {
        cout << *i << " ";
    }
    cout << endl;
    return 0;
}

运行结果为：
元素个数为：4
0 1 2 3

访问元素的几种方式

1. 采用普通数组访问存储元素的方式，访问 deque 容器中的元素，比如

#include <iostream>
#include <deque>
using namespace std;
int main()
{
    deque<int>d{ 1,2,3,4 };
    cout << d[1] << endl;
    //修改指定下标位置处的元素
    d[1] = 5;
    cout << d[1] << endl;
    return 0;
}

使用此方法需确保下标 n 的值不会超过容器中存储元素的个数，否则会发生越界访问的错误。

2. at() 成员函数
   该函数会返回容器中指定位置处元素的引用形式，因此利用该函数的返回值，既可以访问指定位置处的元素，如果需要还可以对其进行修改。at() 成员函数会自行判定访问位置是否越界，如果越界则抛出std::out_of_range异常。例如：

#include <iostream>
#include <deque>
using namespace std;
int main()
{
    deque<int>d{ 1,2,3,4 };
    cout << d.at(1) << endl;
    d.at(1) = 5;
    cout << d.at(1) << endl;
    //下面这条语句会抛出 out_of_range 异常
    //cout << d.at(10) << endl;
    return 0;
}

3. front() 和 back()成员函数
   front() 和 back()，它们分别返回 vector 容器中第一个和最后一个元素的引用，通过利用它们的返回值，可以访问（甚至修改）容器中的首尾元素。

#include <iostream>
#include <deque>
using namespace std;
int main()
{
    deque<int> d{ 1,2,3,4,5 };
    cout << "deque 首元素为：" << d.front() << endl;
    cout << "deque 尾元素为：" << d.back() << endl;
    //修改首元素
    d.front() = 10;
    cout << "deque 新的首元素为：" << d.front() << endl;
    //修改尾元素
    d.back() = 20;
    cout << "deque 新的尾元素为：" << d.back() << endl;
    return 0;
}

4. 遍历 deque 容器中指定区域元素的方法。例如：

#include <iostream>
#include <deque>
using namespace std;
int main()
{
    deque<int> d{ 1,2,3,4,5 };
    //从元素 2 开始遍历
    auto first = d.begin() + 1;
    //遍历至 5 结束（不包括 5）
    auto end = d.end() - 1;
    while (first < end) {
        cout << *first << " ";
        ++first;
    }
    return 0;
}

添加和删除元素

#include <deque>
#include <iostream>
using namespace std;
int main()
{
    deque<int>d;
    //调用push_back()向容器尾部添加数据。
    d.push_back(2); //{2}
    //调用pop_back()移除容器尾部的一个数据。
    d.pop_back(); //{}
    //调用push_front()向容器头部添加数据。
    d.push_front(2);//{2}
    //调用pop_front()移除容器头部的一个数据。
    d.pop_front();//{}
    //调用 emplace 系列函数，向容器中直接生成数据。
    d.emplace_back(2); //{2}
    d.emplace_front(3); //{3,2}
    //emplace() 需要 2 个参数，第一个为指定插入位置的迭代器，第二个是插入的值。
    d.emplace(d.begin() + 1, 4);//{3,4,2}
    for (auto i : d) {
        cout << i << " ";
    }
    //erase()可以接受一个迭代器表示要删除元素所在位置
    //也可以接受 2 个迭代器，表示要删除元素所在的区域。
    d.erase(d.begin());//{4,2}
    d.erase(d.begin(), d.end());//{}，等同于 d.clear()
    return 0;
}

insert() 成员函数语法格式如下：

#include <iostream>
#include <deque>
#include <array>
using namespace std;
int main()
{
    std::deque<int> d{ 1,2 };
    //第一种格式用法
    d.insert(d.begin() + 1, 3);//{1,3,2}
    //第二种格式用法
    d.insert(d.end(), 2, 5);//{1,3,2,5,5}
    //第三种格式用法
    std::array<int, 3>test{ 7,8,9 };
    d.insert(d.end(), test.begin(), test.end());//{1,3,2,5,5,7,8,9}
    //第四种格式用法
    d.insert(d.end(), { 10,11 });//{1,3,2,5,5,7,8,9,10,11}
    for (int i = 0; i < d.size(); i++) {
        cout << d[i] << " ";
    }
    return 0;
}

list（链表容器）

是一个长度可变的、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地增加或删除元素（时间复杂度都为常数阶 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 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，直到到达想要的元素。

list 容器中各个元素的前后顺序是靠指针来维系的，每个元素都配备了 2 个指针，分别指向它的前一个元素和后一个元素。其中第一个元素的前向指针总为 null，因为它前面没有元素；同样，尾部元素的后向指针也总为 null。

**优点：**它可以在序列已知的任何位置快速插入或删除元素（时间复杂度为O(1)）。并且在 list 容器中移动元素，也比其它容器的效率高。

**缺点：**不能像 array 和 vector 那样，通过位置直接访问元素。举个例子，如果要访问 list 容器中的第 6 个元素，它不支持容器对象名[6]这种语法格式，正确的做法是从容器中第一个元素或最后一个元素开始遍历容器，直到找到该位置。

#include <list>
using namespace std;

初始化

1. 创建一个没有任何元素的空 list 容器：

std::list<int> values;

和空 array 容器不同，空的 list 容器在创建之后仍可以添加元素，因此创建 list 容器的方式很常用。

2. 创建一个包含 n 个元素的 list 容器：

std::list<int> values(10);

通过此方式创建 values 容器，其中包含 10 个元素，每个元素的值都为相应类型的默认值（int类型的默认值为 0）。

3. 创建一个包含 n 个元素的 list 容器，并为每个元素指定初始值。例如：

std::list<int> values(10, 5);

创建了一个包含 10 个元素并且值都为 5 个 values 容器。

4. 在已有 list 容器的情况下，通过拷贝该容器可以创建新的 list 容器。例如：

std::list<int> value1(10);
std::list<int> value2(value1);

采用此方式，必须保证新旧容器存储的元素类型一致。

5. 通过拷贝其他类型容器（或者普通数组）中指定区域内的元素，可以创建新的 list 容器。例如：

//拷贝普通数组，创建list容器
int a[] = { 1,2,3,4,5 };
std::list<int> values(a, a+5);
//拷贝其它类型的容器，创建 list 容器
std::array<int, 5>arr{ 11,12,13,14,15 };
std::list<int>values(arr.begin()+2, arr.end());//拷贝arr容器中的{13,14,15}

访问元素的几种方法

list 容器不支持随机访问，未提供下标操作符 [] 和 at() 成员函数，也没有提供 data() 成员函数。

1. 通过 front() 和 back() 成员函数，可以分别获得 list 容器中第一个元素和最后一个元素的引用形式。举个例子：

#include <iostream>
#include <list>
using namespace std;
int main()
{
    std::list<int> mylist{ 1,2,3,4 };
    int &first = mylist.front();
    int &last = mylist.back();
    cout << first << " " << last << endl;
    first = 10;
    last = 20;
    cout << mylist.front() << " " << mylist.back() << endl;
    return 0;
}

2. list 容器的迭代器访问 list 容存储的其他元素：

#include <iostream>
#include <list>
using namespace std;
int main()
{
    const std::list<int> mylist{1,2,3,4,5};
    auto it = mylist.begin();
    cout << *it << " ";
    ++it;
    while (it!=mylist.end())
    {
        cout << *it << " ";
        ++it;  
    }
    return 0;
}

对于非 const 类型的 list 容器，迭代器不仅可以访问容器中的元素，也可以对指定元素的值进行修改。

添加（插入）元素方法

• push_front()：向 list 容器首个元素前添加新元素；
• push_back()：向 list 容器最后一个元素后添加新元素；
• emplace_front()：在容器首个元素前直接生成新的元素；
• emplace_back()：在容器最后一个元素后直接生成新的元素；
• emplace()：在容器的指定位置直接生成新的元素；
• insert()：在指定位置插入新元素；
• splice()：将其他 list 容器存储的多个元素添加到当前 list 容器的指定位置处。

#include <iostream>
#include <list>
using namespace std;
int main()
{
    std::list<int> values{1,2,3};
    values.push_front(0);//{0,1,2,3}
    values.push_back(4); //{0,1,2,3,4}
    values.emplace_front(-1);//{-1,0,1,2,3,4}
    values.emplace_back(5);  //{-1,0,1,2,3,4,5}
   
    //emplace(pos,value),其中 pos 表示指明位置的迭代器，value为要插入的元素值
    values.emplace(values.end(), 6);//{-1,0,1,2,3,4,5,6}
    for (auto p = values.begin(); p != values.end(); ++p) {
        cout << *p << " ";
    }
    return 0;
}

#include <iostream>
#include <list>
#include <array>
using namespace std;
int main()
{
    std::list<int> values{ 1,2 };
    //第一种格式用法
    values.insert(values.begin() , 3);//{3,1,2}
    //第二种格式用法
    values.insert(values.end(), 2, 5);//{3,1,2,5,5}
    //第三种格式用法
    std::array<int, 3>test{ 7,8,9 };
    values.insert(values.end(), test.begin(), test.end());//{3,1,2,5,5,7,8,9}
    //第四种格式用法
    values.insert(values.end(), { 10,11 });//{3,1,2,5,5,7,8,9,10,11}
    for (auto p = values.begin(); p != values.end(); ++p)
    {
        cout << *p << " ";
    }
    return 0;
}

splice() 成员方法移动元素的方式是，将存储该元素的节点从 list 容器底层的链表中摘除，然后再链接到当前 list 容器底层的链表中。这意味着，当使用 splice() 成员方法将 x 容器中的元素添加到当前容器的同时，该元素会从 x 容器中删除。

#include <iostream>
#include <list>
using namespace std;
int main()
{
    //创建并初始化 2 个 list 容器
    list<int> mylist1{ 1,2,3,4 }, mylist2{10,20,30};
    list<int>::iterator it = ++mylist1.begin(); //指向 mylist1 容器中的元素 2
   
    //调用第一种语法格式
    mylist1.splice(it, mylist2); // mylist1: 1 10 20 30 2 3 4
                                 // mylist2:
                                 // it 迭代器仍然指向元素 2，只不过容器变为了 mylist1
    //调用第二种语法格式，将 it 指向的元素 2 移动到 mylist2.begin() 位置处
    mylist2.splice(mylist2.begin(), mylist1, it);   // mylist1: 1 10 20 30 3 4
                                                    // mylist2: 2
                                                    // it 仍然指向元素 2
   
    //调用第三种语法格式，将 [mylist1.begin(),mylist1.end())范围内的元素移动到 mylist.begin() 位置处                  
    mylist2.splice(mylist2.begin(), mylist1, mylist1.begin(), mylist1.end());//mylist1:
                                                                             //mylist2:1 10 20 30 3 4 2
   
    cout << "mylist1 包含 " << mylist1.size() << "个元素" << endl;
    cout << "mylist2 包含 " << mylist2.size() << "个元素" << endl;
    //输出 mylist2 容器中存储的数据
    cout << "mylist2:";
    for (auto iter = mylist2.begin(); iter != mylist2.end(); ++iter) {
        cout << *iter << " ";
    }
    return 0;
}

程序执行结果为：
mylist1 包含 0个元素
mylist2 包含 7个元素
mylist2:1 10 20 30 3 4 2

删除元素

#include <iostream>
#include <list>
using namespace std;
int main()
{
    list<int>values{ 1,2,3,4 };
   
    //删除当前容器中首个元素
    values.pop_front();//{2,3,4}
   
    //删除当前容器最后一个元素
    values.pop_back();//{2,3}
   
    //清空容器，删除容器中所有的元素
    values.clear(); //{}
   
    for (auto begin = values.begin(); begin != values.end(); ++begin)
    {
        cout << *begin << " ";
    }
    return 0;
}

实现删除 list 容器中 position 迭代器所指位置处的元素，例如：

#include <iostream>
#include <list>
using namespace std;
int main()
{
    list<int>values{ 1,2,3,4,5 };
    //指向元素 1 的迭代器
    auto del = values.begin();
    //迭代器右移，改为指向元素 2
    ++del;
    values.erase(del); //{1,3,4,5}
    for (auto begin = values.begin(); begin != values.end(); ++begin)
    {
        cout << *begin << " ";
    }
    return 0;
}

实现删除 list 容器中 first 迭代器和 last 迭代器限定区域内的所有元素（包括 first 指向的元素，但不包括 last 指向的元素）。例如：

#include <iostream>
#include <list>
using namespace std;
int main()
{
    list<int>values{ 1,2,3,4,5 };
    //指定删除区域的左边界
    auto first = values.begin();
    ++first;//指向元素 2
    //指向删除区域的右边界
    auto last = values.end();
    --last;//指向元素 5
    //删除 2、3 和 4
    values.erase(first, last);
    for (auto begin = values.begin(); begin != values.end(); ++begin)
    {
        cout << *begin << " ";
    }
    return 0;
}

通过调用无参的 unique()，仅能删除相邻重复（也就是相等）的元素，通过我们自定义去重的规则，可以更好的满足在不同场景下去重的需求。

#include <iostream>
#include <list>
using namespace std;
//二元谓词函数
bool demo(double first, double second)
{
    return (int(first) == int(second));
}
int main()
{
    list<double> mylist{ 1,1.2,1.2,3,4,4.5,4.6 };
    //删除相邻重复的元素，仅保留一份
    mylist.unique();//{1, 1.2, 3, 4, 4.5, 4.6}
    for (auto it = mylist.begin(); it != mylist.end(); ++it)
        cout << *it << ' ';
    cout << endl;
    //demo 为二元谓词函数，是我们自定义的去重规则
    mylist.unique(demo);
    for (auto it = mylist.begin(); it != mylist.end(); ++it)
        std::cout << *it << ' ';
    return 0;
}

通过将自定义的谓词函数（不限定参数个数）传给 remove_if() 成员函数，list 容器中能使谓词函数成立的元素都会被删除。举个例子：

#include <iostream>
#include <list>
using namespace std;
int main()
{
    std::list<int> mylist{ 15, 36, 7, 17, 20, 39, 4, 1 };
    //删除 mylist 容器中能够使 lamba 表达式成立的所有元素。
    mylist.remove_if([](int value) {return (value < 10); }); //{15 36 17 20 39}
    for (auto it = mylist.begin(); it != mylist.end(); ++it)
        std::cout << ' ' << *it;
    return 0;
}

forward_list（正向链表容器）

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。
forward_list 容器具有和 list 容器相同的特性，即擅长在序列的任何位置进行插入元素或删除元素的操作，但对于访问存储的元素，没有其它容器（如 array、vector）的效率高。

由于单链表没有双向链表那样灵活，因此相比 list 容器，forward_list 容器的功能受到了很多限制。比如，由于单链表只能从前向后遍历，而不支持反向遍历，因此 forward_list 容器只提供前向迭代器，而不是双向迭代器。这意味着，forward_list 容器不具有 rbegin()、rend() 之类的成员函数。

forward_list 容器底层使用单链表，也不是一无是处。比如，存储相同个数的同类型元素，单链表耗用的内存空间更少，空间利用率更高，并且对于实现某些操作单链表的执行效率也更高。

通用的函数说明

创作打卡挑战赛

赢取流量/现金/CSDN周边激励大奖