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STL 容器完全指南：vector、deque、list、stack、queue、set、map 核心特性與實戰用法

編輯：關於C++

STL 容器分類概覽

類別	容器	底層結構	核心特點	典型場景
序列容器	vector	動態數組	隨機訪問 O(1)，尾部增刪 O(1) 攤還，中間增刪 O(n)	首選容器，需快速隨機訪問
序列容器	deque	雙端隊列 (分段連續)	雙端增刪 O(1)，隨機訪問 O(1)，中間增刪 O(n)	需雙端操作，或大對象避免 vector 擴容拷貝
list	雙向鏈表	任意位置增刪 O(1)，無隨機訪問，內存分散	頻繁中間增刪，不需隨機訪問
容器適配器	stack	默認 deque	LIFO，僅 top/push/pop/empty/size，無迭代器	函數調用棧、表達式求值、DFS
容器適配器	queue	默認 deque	FIFO，front/back/push/pop/empty/size，無迭代器	BFS、任務調度、緩衝區
關聯容器	set/multiset	紅黑樹	有序、唯一/允許重復，查找/增刪 O(log n)	去重、有序集合、區間查詢
關聯容器	map/multimap	紅黑樹	鍵值對、按鍵有序、唯一/允許重復鍵，查找/增刪 O(log n)	字典、鍵值映射、統計頻次

序列容器詳解與代碼示例

1. vector - 動態數組

#include <vector> <iostream>
using namespace std;

int main() {
    vector v;
    // 插入
    for (int i=0; i<10; ++i) v.push_back(i);
    
    // 遍歷 (三種方式)
    for (auto it=v.begin(); it!=v.end(); ++it) cout << *it << ' ';
    for (int x : v) cout << x << ' ';           // C++11 範圍 for
    for (size_t i=0; i v1(v);
    return 0;
}

2. deque - 雙端隊列

#include <deque>
deque q;
q.push_front(3); q.push_back(5); q.push_front(11); // 11 3 5
cout << q.at(2) << ' ' << q.front() << ' ' << q.back() << ' ' << q[1]; // 5 11 5 3

3. list - 雙向鏈表

#include <list>
list l;
l.push_front(12); l.push_front(13); l.push_back(99); // 13 12 99
for (auto x : l) cout << x << ' ';
cout << "\nsize: " << l.size() << ", front: " << l.front() << ", back: " << l.back();
// 注意：list 無 operator[]、at()，不支持隨機訪問

容器適配器

4. stack - 先進後出 (LIFO)

#include <stack>
stack s;
s.push(12); s.push(15); s.push(55);
while (!s.empty()) { cout << s.top() << ' '; s.pop(); } // 55 15 12
// 無迭代器，無法遍歷不彈出

5. queue - 先進先出 (FIFO)

#include <queue>
queue q;
q.push(3); q.push(6); q.push(9);
while (!q.empty()) { cout << q.front() << ' '; q.pop(); } // 3 6 9

關聯容器

6. set/multiset - 有序集合

#include <set>
set s; // 自動排序、去重
s.insert({11, 1, 22, 66, 88}); // 1 11 22 66 88
// multiset 允許重復元素

// 區間查詢利器
auto it_low = s.lower_bound(22);  // 首個 ≥ 22
auto it_up  = s.upper_bound(22);  // 首個 > 22
auto range  = s.equal_range(22);  // pair

7. map/multimap - 鍵值映射

#include <map>
map m; // key 自動排序、唯一
m.insert({{1,10}, {2,20}, {3,30}});
// multimap 允許相同 key

for (auto& [k, v] : m) // C++17 結構化綁定
    cout << "key: " << k << ", value: " << v << endl;
// 或傳統迭代器
for (auto it=m.begin(); it!=m.end(); ++it)
    cout << it->first << " => " << it->second << endl;

迭代器失效規則速查 (面試必考)

容器	操作	迭代器失效情況
vector	insert/push_back	若擴容則全部失效，否則插入點及之後失效
vector	erase	被刪除點及之後失效
deque	insert/erase	除首尾操作外，全部失效
list	insert/erase	僅被刪除元素迭代器失效，其他穩定
set/map	insert/erase	僅被刪除元素迭代器失效，其他穩定