STL 容器用法簡要整理
本文將簡要介紹 C++14 中可以使用的 STL 容器的用法。根據 CCF 規定，這些容器都可以在比賽中使用。
本文中的程式碼均為 C++14。
本文中的程式碼均已引入了相關的庫，並 using namespace std。
共同點
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特性：所有能用下標訪問的 STL 容器，下標都是從
0開始，到size - 1結束，如vector，array，string。 -
初始化：STL 容器的初始化都是形如
container<T> name的形式，其中T是資料型別，如int，char，結構體或其它STL容器；name是你起的容器的名字。例如，建立一個空的int型vector可以這麼寫：vector<int> v。 -
=：賦值運算子。可以把某個容器的值賦值給另一個同類容器。以vector為例：int main() { vector<int> v1{1, 2, 3, 4, 5}; vector<int> v2 = v1; // 兩個容器的型別必須相同。vector<int> 和 vector<long long> 也是不能互相賦值的。 for(int x: v2) cout << x << ' '; cout << endl; return 0; }輸出：
1 2 3 4 5。 -
size()：返回容器內的元素個數。（如無特別說明，提到的函式都是成員函式。） -
empty()：bool型，返回容器是否為空。 -
swap()：a.swap(b)表示交換容器a和容器b的值。時間複雜度常數。但是有一個例外：array的swap()是線性的！（參見此處。作為對比，vector和 map 的時間複雜度都是常數（constant）。）int main() { vector<int> v1{1, 2, 3, 4, 5}; vector<int> v2{6, 7, 8, 9, 10}; v1.swap(v2); cout << "v1: "; for(int x: v1) cout << x << ' '; cout << endl; cout << "v2: "; for(int x: v2) cout << x << ' '; cout << endl; return 0; }輸出：
v1: 6 7 8 9 10 v2: 1 2 3 4 5 -
>/>=/</<=/==/!=：按字典序比較兩個容器。無序容器（如unordered_map）只支援==和!=。int main() { vector<int> v1{1, 2, 3, 4, 5}, v2{1, 2, 4, 2, 1}, v3{1, 2, 3, 4, 5, 6}; cout << "v1 < v2: " << boolalpha << (v1 < v2) << endl; cout << "v1 < v3: " << boolalpha << (v1 < v3) << endl; string s1("cat"), s2("cat"), s3("cap"); cout << "s1 == s2: " << boolalpha << (s1 == s2) << endl; cout << "s1 < s3: " << boolalpha << (s1 < s3) << endl; return 0; }輸出：
v1 < v2: true v1 < v3: true s1 == s2: true s1 < s3: false -
迭代器（iterator）：迭代器類似指標。用
*可以解引用。宣告時可以用
auto：auto it = v1.begin()，也可以用container::iterator：vector<int>::iterator it。begin()返回指向容器開頭的迭代器，end()返回指向容器最後一個元素的後繼的迭代器。（所以實際上end()不指向任何一個元素，元素的地址範圍是[begin(), end())。）對於
vector，array等可以用下標訪問的容器，可以用*(it + c)的形式來訪問元素，其中it是迭代器，c是整數。也可以用這種形式修改元素，就像指標一樣。這裡以array為例：int main() { array<int, 5> a{1, 2, 3, 4, 5}; auto it = a.begin(), it2 = a.end(); cout << *it << ' ' << *(it + 1) << ' ' << *(it2 - 1) << endl; *it = 2, *(it + 1) = 10; for(int x: a) cout << x << ' '; cout << endl; return 0; }輸出：
1 2 5 2 10 3 4 5更多關於迭代器的知識，參見此處。
vector（向量）
std::vector - cppreference.com
可變長度陣列。解決了 C 風格陣列長度只能是常數的問題。它支援如下操作：\(O(1)\) 的隨機訪問，\(O(n)\) 的插入/刪除元素。
我們經常能看到這樣的題目（尤其是在 CF 上）：有一個 \(n \times m\) 的矩陣，我們要儲存每個元素的資訊，而 \(nm \le 10^6\)，但對於 \(n\)，\(m\) 的大小沒有單獨限定。這時候用陣列就不能保證既不爆空間，又能存下所有資料。vector 的作用就體現出來了。
注意，不要使用 vector<bool>。vector<bool> 不是 vector，使用它可能會出現意外的錯誤。如必須使用，可以用 vector<char> 代替，二者空間相同。
需要注意的是，vector 的常數有時劣於陣列（待驗證）。
-
初始化：
vector的初始化方式有許多種，使用合理的方式可以為我們提供便利。參見此處。下面是 5 種常用的初始化方法：
#define vec_print(x) cout << #x": ", print(x) void print(vector<int> &v) { for(int x: v) cout << x << ' '; cout << endl; } int main() { vector<int> v1; // 1. 建立空 vector，時間複雜度常數 int n = 5; vector<int> v2(n); // 2. 建立長度為n的vector，時間複雜度線性。 // 元素的初值都為0。下面會討論這個初值是怎麼得來的。 // 這體現了與陣列的不同之處：長度可以是變數。 vector<int> v3(n, 42); // 3. 建立長度為n的vector，每個元素都是42。時間複雜度線性。 vector<int> v4(v3); // 4. 建立一個與v3相同的vector。時間複雜度與v3的大小線性相關。 vector<int> v5(v4.begin() + 1, v4.end() - 1); // 5. 把[v4[1] ~ v4[4])中的元素複製到v5中（注意是左閉右開區間！） // 時間複雜度和複製的元素數量線性相關。 vector<int> v6{1, 2, 3, 4, 5}; // 6. 用列表初始化，時間複雜度？ // （我不知道這個方法的時間複雜度，但是元素太多的時候一般不會用列表初始化，因此時間可以忽略不計） vec_print(v1), vec_print(v2), vec_print(v3), vec_print(v4), vec_print(v5), vec_print(v6); return 0; }輸出：
v1: v2: 0 0 0 0 0 v3: 42 42 42 42 42 v4: 42 42 42 42 42 v5: 42 42 42 v6: 1 2 3 4 5關於方法 2 中，元素的初值：
好吧，我沒有完全搞懂。cppreference 上的原文表示元素的值是
default-inserted instance of T，但我不知道什麼叫 "default-inserted"。我猜測應該是元素預設的值：例如整型預設是0。如果元素型別是結構體，而結構體有建構函式，那麼元素的初值透過建構函式得來：
struct Node { int x; Node(): x(42) {} }; int main() { vector<Node> v(5); for(auto nd: v) cout << nd.x << ' '; cout << endl; return 0; }輸出：
42 42 42 42 42關於方法 5：
用某個
vector中一段元素的值初始化另一個vector，兩個vector的元素型別可以不相同，但要滿足可以互相轉換。例如int可以轉成long long。或者，如果被初始化的vector的元素是結構體，要有對應的建構函式。需要注意的是，如果兩個
vector的元素型別不同，就不能用vector<int> v2(v1)之類的形式來初始化，即使兩種元素型別可以互相轉換或者有建構函式也不行。struct Node { string str; Node(int x): str(to_string(x * 10) + "str") {} }; int main() { vector<int> v1{1, 2, 3, 4, 5}; vector<long long> v2(v1.begin(), v1.end()); // ok，int 和 long long 可以轉換 // vector<string> v3(v1.begin(), v1.end()); // wrong，int 不能轉成 long long vector<Node> v4(v1.begin(), v1.end()); // ok，存在 int 到 Node 的建構函式 // vector<Node> v5(v1); // wrong，不同元素型別的 vector 不能互相初始化 cout << "v1: "; for(auto x: v1) cout << x << ' '; cout << endl; cout << "v2: "; for(auto x: v2) cout << x << ' '; cout << endl; cout << "v4: "; for(auto x: v4) cout << x.str << ' '; cout << endl; return 0; }輸出：
v1: 1 2 3 4 5 v2: 1 2 3 4 5 v4: 10str 20str 30str 40str 50str
以下是一些常用的成員函式（STL 共有的成員函式不再列出）：
-
訪問元素的方式：
- 透過
[]訪問。 - 透過
at()訪問。與前者的區別是用at訪問時會檢測有沒有越界。at()的效率低於[]，所以一般情況下都用[]，但是如果覺得自己可能會RE，可以用at()以便於除錯。 front()訪問首元素，back()訪問尾元素。（注意與begin()和end()區分，它們是迭代器。）- 用迭代器訪問：
*it表示it指向的元素的值，例如*begin()就表示首元素的值。
int main() { vector<int> v{1, 2, 3, 4, 5}; cout << v.front() << ' ' << v[1] << ' ' << v.at(2) << ' ' << *(v.begin() + 3) << ' ' << v.back() << endl; return 0; }輸出：
1 2 3 4 5用
at()訪問時，如果越界，會輸出錯誤資訊。int main() { vector<int> v{1, 2, 3, 4, 5}; cout << v.at(5) << endl; return 0; }輸出：
terminate called after throwing an instance of 'std::out_of_range' what(): vector::_M_range_check: __n (which is 5) >= this->size() (which is 5) - 透過
-
新增元素：
push_back()：向vector的末尾增加元素。這麼做會增加vector的長度。注意我們沒有push_front()，要實現類似操作，得用deque。 -
刪除元素：
pop_back()。同理，沒有pop_front()。 -
改變
vector的大小：resize()。resize(n)表示把大小改為n。如果原先的長度大於n，會刪除多餘的元素；否則：- 如果呼叫
resize(n)，會在末尾新增元素的預設值； - 如果呼叫
resize(n, val)，會在末尾補上val。
時間複雜度和
n與vector原來大小的差線性相關。int main() { vector<int> v{1, 2, 3, 4, 5}; v.resize(3); for(int x: v) cout << x << ' '; cout << endl; v.resize(10, 42); for(int x: v) cout << x << ' '; cout << endl; cout << "v.size() is " << v.size() << endl; return 0; }輸出：
1 2 3 1 2 3 42 42 42 42 42 42 42 v.size() is 10 - 如果呼叫
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assign()：給vector填充某個元素，有點像fill()。用法：assign(n, val)：把vector替換為n個val。時間複雜度 \(O(n)\)。vector的大小多退少補。“替換”的意思是會覆蓋原有的元素。- 咕咕咕
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insert，erase()：插入刪除操作。通常情況下不使用這個函式，因為時間複雜度是線性。如果要做到常數的插入和刪除，應該使用連結串列。這裡不做介紹。
array（陣列）
std::array - cppreference.com
定長陣列。和 C 中的陣列一樣，長度必須為常數，效率優於 vector，和 C 中的陣列相當。個人建議用 array 代替所有的定長陣列，用 vector 代替所有的不定長陣列。
大部分使用方法與 vector 相同，除了不能加入/刪除末尾元素（push_back()/pop_back()），當然也不能 insert() 和 erase()。
下面是一些（個？）特有的函式：
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fill()：fill(x)表示把array全部填充為x。時間複雜度與array大小線性相關。int main() { array<char, 5> a{'a', 'a', 'a', 'a', 'a'}; a.fill('b'); for(char ch: a) cout << ch; cout << endl; return 0; }輸出：
bbbbb（覆蓋了原先的值）
deque（雙端佇列/雙端陣列）
std::deque - cppreference.com
咕咕咕
string（字串）
（嚴格來說 string 不算 container，但它很重要，這裡一併整理用法。）
在 C 中，字串是透過 char 陣列實現的。而在 C++ 中，我們終於有了原生的字串型別——string。它自帶許多高效的函式，可以為我們寫題（特別是字串相關的模擬題）帶來極大便利。與此同時，它的常數也十分優秀。
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初始化：
int main() { string s1; // 1. 建立空字串 string s2("test"); // 2. 建立特定字串 int n = 5; string s3(n, '='); // 3. 建立含n個'='的字串，時間複雜度線性 auto print = [&](string name, string str) {cout << name << ": " << str << endl;}; print("s1", s1), print("s2", s2), print("s3", s3); return 0; }輸出：
s1: s2: test s3: ===== -
find()：查詢某個子串/字元。如果存在該子串，返回第一個子串的第一個字元的下標；否則，返回string::npos（本質上是一個size_t型的數）。int main() { string str("This is a string."); /* ^ ^ ^ 2 5 15 */ cout << str.find("This") << ' ' << str.find("is") << endl; cout << str.find('g') << endl; // 也可以找 char cout << str.find("is", 3) << endl; // find(s, pos)：從下標pos處尋找s cout << str.find("1234") << ' ' << boolalpha << (str.find("1234") == string::npos) << endl; // 找不到示例 return 0; }輸出：
0 2 15 5 18446744073709551615 true其中
18446744073709551615就是string::npos，具體的值由編譯器決定。 -
substr()