C++ 標準庫容器與算法淺析（附模板入門 + 全示例用法）
作者：胖胖很瘦
在 Python 中，標準容器使用非常直觀，如?list、dict、set?等。而在 C++ 中，標準模板庫 STL 提供了功能強大但略顯復雜的泛型容器體系。
在 Python 中，標準容器使用非常直觀，如 list、dict、set 等。而在 C++ 中，標準模板庫 STL 提供了功能強大但略顯復雜的泛型容器體系。本篇將完整梳理 C++ 中常用容器的使用方式、操作方法，并結合泛型模板與算法庫，作為 C++ 泛型編程的入門實戰筆記。
STL 簡介
STL（Standard Template Library）是 C++ 的標準模板庫，核心組成包括：
- ? 容器（Container）：如
vector,map,set,stack,queue等 - ? 算法（Algorithm）：如
sort,find,count_if,for_each等 - ? 迭代器（Iterator）：用于遍歷容器，作為容器和算法之間的橋梁
- ? 函數對象（Function Object）：如比較器、Lambda 表達式
?? 1. 常用容器與典型操作大全
vector（動態數組）
#include <vector>
#include <iostream>
using namespace std;
int main() {
vector<int> nums = {1, 2, 3}; // 初始化
nums.push_back(4); // 添加元素
nums[1] = 10; // 修改元素
cout << nums.at(1) << endl; // 安全訪問（帶范圍檢查）
nums.pop_back(); // 刪除末尾元素
cout << "Size: " << nums.size() << endl;
// 遍歷 - 推薦方式
for (const auto& val : nums) { // const 避免拷貝 & 引用提升性能
cout << val << " ";
}
nums.clear(); // 清空所有元素
}// 輸出
10
Size: 3
1 10 3特性：連續內存，支持隨機訪問。類似 Python 中的 list。
list（雙向鏈表）
#include <list>
#include <iostream>
using namespace std;
int main() {
list<int> lst = {1, 2, 3}; // 初始化
lst.push_back(4); // 添加到尾部
lst.push_front(0); // 添加到頭部
lst.remove(2); // 刪除值為 2 的元素
lst.reverse(); // 反轉鏈表
for (auto it = lst.begin(); it != lst.end(); ++it) {
cout << *it << " ";
}
}// 輸出
4 3 1 0特性：雙向鏈表，插入刪除效率高。不支持隨機訪問。Python 中無對應結構。
map（有序字典）
#include <map>
#include <iostream>
using namespace std;
int main() {
map<string, int> scores; // 默認升序（基于 <）
scores["Tom"] = 90;
scores["Jerry"] = 85;
scores.erase("Tom"); // 刪除元素
cout << scores.count("Tom") << endl; // 查找元素
cout << scores.count("Jerry") << endl; // 查找元素
for (const auto& [key, val] : scores) { // 結構化綁定（C++17 起）
cout << key << ": " << val << endl;
}
scores.clear(); // 清空
}// 輸出
0
1
Jerry: 85特性：紅黑樹實現，有序存儲。類似 Python 的 dict（但有序性不同）。
unordered_map（無序字典）
#include <unordered_map>
#include <iostream>
using namespace std;
int main() {
unordered_map<string, int> freq = {
{"a", 1}, {"b", 2}
};
freq["c"] = 3; // 添加新鍵值對（自動插入）
if (freq.find("a") != freq.end()) { // 使用 find 查找鍵
cout << "Found a" << endl;
}
for (const auto& [key, val] : freq) { // C++17 結構化綁定遍歷
cout << key << ": " << val << endl;
}
}// 輸出
Found a
b: 2
c: 3
a: 1特性：哈希表實現，無序存儲。性能優于 map，但不保證順序。
set（有序集合）
#include <set>
#include <iostream>
using namespace std;
int main() {
set<int> s = {3, 1, 4, 1, 2}; // 自動去重，默認升序排序
s.insert(5); // 插入元素
s.erase(1); // 刪除特定元素
for (int val : s) { // 范圍 for 遍歷
cout << val << endl;
}
cout << "Has 4? " << (s.count(4) > 0) << endl; // 查找元素
}// 輸出
2
3
4
5
Has 4? 1類似 Python 的 set，但 C++ 中默認是有序集合。
unordered_set（無序集合）
#include <unordered_set>
#include <iostream>
using namespace std;
int main() {
unordered_set<string> tags = {"cpp", "stl", "template"}; // 初始化集合
tags.insert("lambda"); // 插入新元素
tags.erase("stl"); // 刪除已有元素
for (const auto& tag : tags) { // 遍歷所有元素（順序不保證）
cout << tag << endl;
}
}// 輸出
lambda
template
cpp與 set 類似但不排序，哈希實現，插入/刪除性能更高。
tuple（固定結構組）
#include <tuple>
#include <iostream>
using namespace std;
int main() {
tuple<int, string, double> t(1, "hello", 3.14); // 定義一個三元組
cout << get<0>(t) << endl; // 訪問第一個元素（索引從 0 開始）
cout << get<1>(t) << endl; // 第二個元素
}// 輸出
1
hello可用于函數返回多個值，類似 Python 中的 tuple。但類型必須聲明。
stack（棧）
#include <stack>
#include <iostream>
using namespace std;
int main() {
stack<int> stk;
stk.push(1); // 入棧
stk.push(2);
cout << stk.top() << endl; // 查看棧頂元素（不移除）
stk.pop(); // 彈出棧頂
}// 輸出
2LIFO（后進先出）結構。Python 中需手動實現。
queue（隊列）
#include <queue>
#include <iostream>
using namespace std;
int main() {
queue<int> q;
q.push(1); // 入隊（添加到尾部）
q.push(2);
cout << q.front() << endl; // 查看隊首元素
q.pop(); // 出隊（移除隊首）
}// 輸出
1FIFO（先進先出）結構。常用于任務調度。
priority_queue（優先隊列 / 堆）
#include <queue>
#include <vector>
#include <iostream>
using namespace std;
int main() {
priority_queue<int> pq; // 默認是最大堆（較大元素優先）
pq.push(3);
pq.push(1);
pq.push(5);
while (!pq.empty()) {
cout << pq.top() << " "; // 取堆頂元素（最大值）
pq.pop(); // 移除堆頂
}
}// 輸出
5 3 1等價于 Python 的 heapq（但默認是最大堆）
算法函數使用示例
#include <algorithm>
#include <vector>
#include <iostream>
using namespace std;
int main() {
vector<int> v = {5, 3, 8, 1};
cout << "原始數據: ";
for (int x : v) cout << x << " ";
cout << endl;
sort(v.begin(), v.end()); // 升序排序
cout << "排序后: ";
for (int x : v) cout << x << " ";
cout << endl;
reverse(v.begin(), v.end()); // 反轉
cout << "反轉后: ";
for (int x : v) cout << x << " ";
cout << endl;
auto it = find(v.begin(), v.end(), 3); // 查找值為3
if (it != v.end()) {
cout << "找到元素 3，位置索引為: " << distance(v.begin(), it) << endl;
} else {
cout << "未找到元素 3" << endl;
}
// 使用 Lambda 表達式統計 >4 的數量
int cnt = count_if(v.begin(), v.end(), [](int x){ return x > 4; });
cout << "大于 4 的元素個數: " << cnt << endl;
return 0;
}// 輸出
原始數據: 5381
排序后: 1358
反轉后: 8531
找到元素 3，位置索引為: 2
大于 4 的元素個數: 2模板函數入門
#include <iostream> // ?? 引入輸入輸出流頭文件
// 泛型函數，編譯期根據類型生成對應版本
template<typename T>
T max_val(T a, T b) {
return (a > b) ? a : b;
}
int main(){
// 使用方式
std::cout << max_val(3, 7) << std::endl; // int
std::cout << max_val(3.14, 2.71) << std::endl; // double
return 0;
}// 輸出
7
3.14與 Python 動態類型類似，但 C++ 在編譯期完成類型匹配與優化，性能更高，錯誤更早暴露。
綜合實例
#include <iostream> // 標準輸入輸出流
#include <vector> // STL 動態數組容器
#include <algorithm> // STL 算法頭，如 count_if
// 泛型函數：統計 vector 中大于指定閾值的元素個數
// 模板函數接收任意類型的 vector，如 int、double 等
template<typename T>
int count_gt(const std::vector<T>& vec, T threshold) {
// std::count_if 用于統計滿足條件的元素數量
// Lambda 表達式 [=](T x){...} 捕獲 threshold 變量，判斷 x > threshold
return std::count_if(vec.begin(), vec.end(), [=](T x) {
return x > threshold;
});
}
int main() {
// 示例 1：整型向量
std::vector<int> iv = {1, 4, 2, 7, 5}; // 初始化 int 類型 vector
// 示例 2：浮點型向量
std::vector<double> dv = {1.2, 2.5, 0.9, 3.3}; // 初始化 double 類型 vector
// 調用模板函數 count_gt，判斷元素 > 3 的數量
// 輸出結果應為：3 （即 4, 7, 5）
std::cout << count_gt(iv, 3) << std::endl;
// 浮點數版本，判斷元素 > 1.5 的數量
// 輸出結果應為：2 （即 2.5, 3.3）
std::cout << count_gt(dv, 1.5) << std::endl;
return 0;
}// 輸出
3
2?? 模板函數 count_gt 支持任意類型容器，搭配 Lambda 與 STL 算法實現靈活、類型安全的復用邏輯。
小結
? STL 提供了結構統一、高效、安全的容器與算法組合，是 C++ 開發的核心工具
? 多數容器功能可類比 Python，但類型系統更強、性能更高
? 模板與算法使 C++ 代碼更通用、復用性更強
? 推薦從 vector, map, set, tuple 入門，逐步掌握 stack, queue, priority_queue
責任編輯：武曉燕
來源：
不止于python
