STL 核心模塊

很好！你想深入 STL（Standard Template Library）和容器算法，是學習 C++ 非常關鍵的一步。下面我給你整理一份STL 容器 + 算法的入門指南，適合從零起步掌握這部分內容。

🌟 一、STL 核心模塊

STL 分為三大塊，你主要先掌握前兩塊：

容器（Containers） 👉 存放數據的結構
算法（Algorithms） 👉 操作容器里的數據
迭代器（Iterators）👉 算法和容器的橋梁

📦 二、常用容器分類 + 用法示例

類型	容器	特點
順序容器	`vector`, `list`, `deque`	有序訪問，插入刪除位置有限制
關聯容器	`set`, `map`	自動排序，基于紅黑樹
無序容器	`unordered_set`, `unordered_map`	基于哈希表，查找快但無序
適配器	`stack`, `queue`, `priority_queue`	封裝其他容器提供特定操作

例子：使用 vector

#include <vector>
#include <iostream>
using namespace std;int main() {vector<int> v = {1, 2, 3};v.push_back(4);       // 添加元素v.pop_back();         // 刪除末尾cout << v[0] << endl; // 訪問元素
}

🧠 三、常用算法（頭文件 `<algorithm>`）

STL 提供了 80 多種常用算法，先學這些最基礎的：

分類	代表函數	用法示例
排序	`sort(v.begin(), v.end())`	排序 vector
查找	`find`, `count`, `binary_search`	判斷是否存在某個元素
遍歷	`for_each`, `transform`	應用函數到每個元素
修改	`reverse`, `replace`, `fill`	反轉、替換、填充

例子：排序 + 查找

#include <vector>
#include <algorithm>
#include <iostream>
using namespace std;int main() {vector<int> v = {3, 1, 4, 2};sort(v.begin(), v.end());      // 排序if (binary_search(v.begin(), v.end(), 3))cout << "Found 3" << endl;
}

🔄 四、迭代器的用法（配合容器+算法）

所有容器都有 .begin() 和 .end() 返回迭代器。

vector<int> v = {1, 2, 3};
for (auto it = v.begin(); it != v.end(); ++it)cout << *it << " ";

🛠 五、推薦學習順序

掌握 vector, set, map 的基本用法
學會使用 sort, find, count, reverse 等常見算法
理解迭代器是怎么配合算法工作的
學會寫 lambda 來配合 sort、for_each
開始寫簡單的項目/功能：統計詞頻、模擬排行榜、實現任務隊列

好！下面是針對每類容器精心設計的小練習題 + 示例代碼，每題只用一種容器，幫助你理解用法和適用場景：

🧱 1. 順序容器練習題：`vector`

📌 題目：輸入一組整數，輸出其中所有大于5的數，按升序排列

? 示例代碼：

#include <iostream>
#include <vector>
#include <algorithm>
using namespace std;int main() {vector<int> nums = {3, 7, 1, 9, 5, 6};vector<int> result;for (int x : nums)if (x > 5) result.push_back(x);sort(result.begin(), result.end());  // 升序排序for (int x : result)cout << x << " ";  // 輸出：6 7 9
}

🌲 2. 關聯容器練習題：`set`

📌 題目：輸入一組數字，輸出去重后的升序結果

? 示例代碼：

#include <iostream>
#include <set>
using namespace std;int main() {set<int> s;int a[] = {5, 1, 2, 2, 3, 5, 4};for (int x : a)s.insert(x);  // 自動排序+去重for (int x : s)cout << x << " ";  // 輸出：1 2 3 4 5
}

? 3. 無序容器練習題：`unordered_map`

📌 題目：統計字符串中每個字符的出現次數（頻次統計）

? 示例代碼：

#include <iostream>
#include <unordered_map>
using namespace std;int main() {string s = "abracadabra";unordered_map<char, int> freq;for (char c : s)freq[c]++;for (auto& p : freq)cout << p.first << ": " << p.second << endl;// 示例輸出（順序不固定）：// a: 5// b: 2// r: 2// c: 1// d: 1
}

🎒 4. 容器適配器練習題：`stack`

📌 題目：檢查一個括號字符串是否左右匹配

例如 "(()())" 匹配，"(()" 不匹配。

? 示例代碼：

#include <iostream>
#include <stack>
using namespace std;bool isValid(string s) {stack<char> stk;for (char c : s) {if (c == '(') stk.push(c);else if (c == ')') {if (stk.empty()) return false;stk.pop();}}return stk.empty();
}int main() {string test = "(()())";cout << (isValid(test) ? "匹配" : "不匹配") << endl;
}

? 總結練習與容器匹配

容器	小題練習	關鍵詞
`vector`	篩選+排序	線性數據
`set`	去重+排序	唯一集合
`unordered_map`	統計頻率	快速查找
`stack`	括號匹配	后進先出

下面按 四大類 + 每類具體容器 給出簡單易懂的例子和對應代碼，幫助你快速掌握它們的用法。

1. 順序容器（Sequence Containers）

1.1 `vector`

場景：存一組學生分數，按索引隨機訪問

#include <iostream>
#include <vector>
using namespace std;int main() {vector<int> scores = {85, 90, 78};scores.push_back(92);         // 在末尾添加一個分數cout << "第三個學生的分數是：" << scores[2] << endl;  // 隨機訪問return 0;
}

1.2 `list`

場景：存一條火車車廂編號，頻繁在中間插入/刪除

#include <iostream>
#include <list>
using namespace std;int main() {list<string> train = {"Car1", "Car3"};auto it = train.begin();++it;                          // 指向 "Car3"train.insert(it, "Car2");      // 在中間插入for (auto& c : train)cout << c << " ";          // 輸出：Car1 Car2 Car3 return 0;
}

1.3 `deque`

場景：實現一個簡單的滑動窗口

#include <iostream>
#include <deque>
using namespace std;int main() {deque<int> window;int nums[] = {1,2,3,4,5};for (int x : nums) {window.push_back(x);        // 新元素入隊if (window.size() > 3)      // 窗口大小保持 3window.pop_front();     // 彈出最舊元素cout << "當前窗口：";for (int y : window) cout << y;cout << endl;}return 0;
}

2. 關聯容器（Associative Containers）

2.1 `set`

場景：自動去重并升序存儲數字

#include <iostream>
#include <set>
using namespace std;int main() {set<int> s = {4, 2, 5, 2, 3};// 重復的 2 會自動去掉，元素自動排序cout << "排序后的唯一元素：";for (int x : s) cout << x << " ";  // 輸出：2 3 4 5return 0;
}

2.2 `map`

場景：模擬電話簿，用姓名查電話

#include <iostream>
#include <map>
using namespace std;int main() {map<string, string> phonebook;phonebook["Alice"] = "123-456";phonebook["Bob"]   = "987-654";cout << "Alice 的電話是：" << phonebook["Alice"] << endl;return 0;
}

3. 無序容器（Unordered Containers）

3.1 `unordered_set`

場景：快速檢測某元素是否出現過

#include <iostream>
#include <unordered_set>
using namespace std;int main() {unordered_set<string> seen;string tokens[] = {"apple","banana","apple"};for (auto& t : tokens) {if (seen.count(t))cout << t << " 已出現過\n";else {cout << t << " 首次出現\n";seen.insert(t);}}return 0;
}

3.2 `unordered_map`

場景：統計字符串中每個字符的出現次數

#include <iostream>
#include <unordered_map>
using namespace std;int main() {string s = "banana";unordered_map<char,int> cnt;for (char c : s)cnt[c]++;for (auto& p : cnt)cout << p.first << " 出現了 " << p.second << " 次\n";return 0;
}

4. 容器適配器（Container Adapters）

4.1 `stack`

場景：檢查括號匹配

#include <iostream>
#include <stack>
using namespace std;bool isValid(string s) {stack<char> st;for (char c : s) {if (c == '(') st.push(c);else if (c == ')') {if (st.empty()) return false;st.pop();}}return st.empty();
}int main() {cout << (isValid("(()())") ? "匹配" : "不匹配") << endl;return 0;
}

4.2 `queue`

場景：打印機任務隊列，先進先出

#include <iostream>
#include <queue>
using namespace std;int main() {queue<string> jobs;jobs.push("doc1"); jobs.push("doc2");while (!jobs.empty()) {cout << "打印 " << jobs.front() << endl;jobs.pop();}return 0;
}

4.3 `priority_queue`

場景：任務調度，優先級高的先執行

#include <iostream>
#include <queue>
using namespace std;int main() {// 默認最大堆priority_queue<pair<int,string>> pq;pq.push({1,"低優先"}); pq.push({5,"高優先"});pq.push({3,"中優先"});while (!pq.empty()) {cout << pq.top().second << endl;pq.pop();}// 輸出：高優先 → 中優先 → 低優先return 0;
}

區分 `set`, `multiset`, `map`, `multimap`

1. `set`

特點：自動排序、去重
典型場景：提取一段文本中的不重復單詞并按字母序輸出

#include <iostream>
#include <set>
#include <sstream>
#include <string>
using namespace std;int main() {string text = "apple orange banana apple pear banana";istringstream iss(text);set<string> s;string w;while (iss >> w) {s.insert(w);  // 重復單詞只保留一個，自動按字母序排序}cout << "不重復單詞（按序）：";for (const auto& word : s) {cout << word << " ";}// 輸出：banana apple orange pearreturn 0;
}

2. `multiset`

特點：自動排序、允許重復
典型場景：統計一組成績的分布（但還想保留原始次數順序）

#include <iostream>
#include <set>
using namespace std;int main() {multiset<int> scores = {85, 90, 78, 90, 85, 92};// 自動排序，但保留重復值cout << "所有成績（升序，含重復）：";for (int sc : scores) {cout << sc << " ";}// 輸出：78 85 85 90 90 92return 0;
}

3. `map`

特點：鍵唯一、自動排序 key → value
典型場景：統計單詞出現頻率

#include <iostream>
#include <map>
#include <sstream>
#include <string>
using namespace std;int main() {string text = "apple banana apple pear banana apple";istringstream iss(text);map<string,int> freq;string w;while (iss >> w) {freq[w]++;  // key 不存在時自動插入，value 初始為 0}cout << "單詞頻率：\n";for (auto& p : freq) {cout << p.first << " -> " << p.second << "\n";}// 按字母序輸出：// apple -> 3// banana -> 2// pear -> 1return 0;
}

4. `multimap`

特點：允許重復 key → value（一個 key 可對應多個 value）
典型場景：一個人選修多門課程

#include <iostream>
#include <map>
#include <string>
using namespace std;int main() {multimap<string, string> courses;courses.insert({"Alice", "Math"});courses.insert({"Bob",   "Physics"});courses.insert({"Alice", "English"});courses.insert({"Bob",   "Chemistry"});// 遍歷所有同學及其課程cout << "選課列表：\n";for (auto& p : courses) {cout << p.first << " 選修 " << p.second << "\n";}// 如果只想看 Alice 的課程：cout << "\nAlice 的課程：\n";auto range = courses.equal_range("Alice");for (auto it = range.first; it != range.second; ++it) {cout << it->second << "\n";}// 輸出：// Math// Englishreturn 0;
}

通過這四個例子，你可以看到：

set：幫你去重并排序
multiset：排序但保留重復
map：唯一 key → 單一 value
multimap：同一個 key 下可有多個 value

區分 unordered_set, unordered_multiset, unordered_map, unordered_multimap

好的，我把每個容器的例子都寫得更詳細一些，涵蓋常用操作（插入、查找、刪除、遍歷等），并加上注釋說明。

1. `unordered_set`（無序不重復集合）

場景：記錄一段日志里出現過的錯誤代碼，只關心是否出現過

#include <iostream>
#include <unordered_set>
using namespace std;int main() {// 準備一段“錯誤碼”序列int errors[] = {101, 202, 303, 101, 404, 202, 505};// 定義 unordered_set 容器，記錄首次出現的錯誤碼unordered_set<int> seen;// 遍歷所有錯誤碼for (int code : errors) {// count 返回 0 或 1，表示容器里是否已有該元素if (seen.count(code)) {cout << "錯誤碼 " << code << " 已記錄過，跳過\n";} else {cout << "首次出現錯誤碼 " << code << "，記錄\n";seen.insert(code);  // 插入新元素}}cout << "\n最終記錄的錯誤碼有 " << seen.size() << " 個：";for (auto c : seen)             // 無序遍歷cout << c << " ";cout << endl;// 刪除某個錯誤碼int to_remove = 303;if (seen.erase(to_remove))      // erase 返回刪除的元素數量cout << "已刪除錯誤碼 " << to_remove << "\n";return 0;
}

要點

插入：insert(val)
查找：count(key) 或 find(key)
刪除：erase(key)
遍歷：范圍 for（順序不固定）

2. `unordered_multiset`（無序可重復集合）

場景：統計商品售出記錄中各商品的銷售次數

#include <iostream>
#include <unordered_set>
using namespace std;int main() {// 假設售出商品 ID 列表int sales[] = {1001,1002,1001,1003,1002,1001,1004};// unordered_multiset 允許重復unordered_multiset<int> bag;// 插入所有售出記錄for (int id : sales) {bag.insert(id);}// 想知道某個商品賣了多少次int query = 1001;cout << "商品 " << query << " 共售出 "<< bag.count(query) << " 次。\n";// 遍歷所有記錄（會重復顯示）cout << "所有售出商品 ID（包含重復）：";for (int id : bag)cout << id << " ";cout << endl;// 刪除一次售出記錄（只刪除一個實例）auto it = bag.find(query);if (it != bag.end()) {bag.erase(it);cout << "刪除一次 " << query << " 的記錄后，剩余 "<< bag.count(query) << " 次。\n";}return 0;
}

要點

插入：insert(val)
統計：count(key)
查找一個實例：find(key)
刪除單個實例：erase(iterator) 或 erase(key)（后者會刪掉所有實例）

3. `unordered_map`（無序鍵→值映射）

場景：統計一段文字里每個單詞出現的次數，并支持查詢、刪除

#include <iostream>
#include <unordered_map>
#include <sstream>
using namespace std;int main() {string text = "apple orange banana apple pear banana";istringstream iss(text);// 定義字符到出現次數的映射unordered_map<string,int> freq;// 統計詞頻string w;while (iss >> w) {freq[w]++;  // 如果 key 不存在，會自動插入并初始化為 0}// 輸出所有詞頻cout << "詞頻統計：\n";for (auto& p : freq) {cout << p.first << " -> " << p.second << "\n";}// 查詢某個單詞string query = "banana";auto it = freq.find(query);if (it != freq.end()) {cout << query << " 出現了 " << it->second << " 次\n";} else {cout << query << " 沒出現過\n";}// 刪除某個單詞的統計freq.erase("pear");cout << "刪除 pear 后，剩余 " << freq.size() << " 個單詞記錄。\n";return 0;
}

要點

插入/修改：operator[] 或 emplace(key,val)
查找：find(key)
刪除：erase(key) 或 erase(iterator)
遍歷：for (auto& p : map)

4. `unordered_multimap`（無序鍵→多值映射）

場景：一個作者可能有多本書，要存儲“作者 → 書名”并支持查找、遍歷

#include <iostream>
#include <unordered_map>
#include <string>
using namespace std;int main() {// 定義作者到書名的多映射unordered_multimap<string,string> library;library.emplace("Alice", "C++ Primer");library.emplace("Bob",   "Effective C++");library.emplace("Alice", "STL 源碼剖析");library.emplace("Bob",   "現代 C++ 設計");// 遍歷全部條目cout << "館藏列表：\n";for (auto& p : library) {cout << p.first << " 著《" << p.second << "》\n";}// 查找某位作者的所有書string author = "Alice";cout << "\n查詢 " << author << " 的作品：\n";auto range = library.equal_range(author);for (auto it = range.first; it != range.second; ++it) {cout << it->second << "\n";}// 刪除某本特定書（必須先找到對應 pair 的 iterator）for (auto it = range.first; it != range.second; ++it) {if (it->second == "C++ Primer") {library.erase(it);cout << "\n已刪除 Alice 的《C++ Primer》\n";break;}}return 0;
}

要點

插入：emplace(key,val) 或 insert({key,val})
查找所有值：equal_range(key) 返回 [first, second)
刪除單條記錄：erase(iterator)

分別介紹這八種關聯容器

一、有序關聯容器（紅黑樹，所有操作 O(log n)）

1. `std::set<Key, Compare, Alloc>`

鍵唯一，自動按 Compare 排序（默認 <）。
典型接口
- insert(k)／emplace(k)：插入元素
- erase(it)／erase(key)：按迭代器或鍵刪除
- find(key)：查找，返回迭代器或 end()
- count(key)：鍵存在返回 1，否則 0
- 范圍查詢：lower_bound(key)、upper_bound(key)、equal_range(key)
遍歷保證從小到大。

#include <iostream>
#include <set>
using namespace std;int main() {set<int> s;// 插入s.insert(3);s.insert(1);s.emplace(2);      // 總共 {1,2,3}// 查找if (s.find(2) != s.end())cout << "Found 2\n";// 遍歷cout << "遍歷 set：";for (int x : s) cout << x << ' ';   // 1 2 3cout << endl;// 下界、上界auto lb = s.lower_bound(2);  // 指向 2auto ub = s.upper_bound(2);  // 指向 3// 刪除s.erase(1);   // 刪除鍵為1的元素cout << "刪除后大小：" << s.size() << endl;
}

2. `std::multiset<Key, Compare, Alloc>`

允許重復鍵，其他與 set 相同。
插入不會合并相同鍵；
區間操作用 equal_range(key) 返回 [first, second)。

#include <iostream>
#include <set>
using namespace std;int main() {multiset<string> ms;ms.insert("apple");ms.insert("banana");ms.insert("apple");  // 允許重復// 查看所有 "apple"auto range = ms.equal_range("apple");cout << "\"apple\" 出現次數：";for (auto it = range.first; it != range.second; ++it)cout << *it << ' ';cout << endl;  // apple apple// 刪除所有 "apple"ms.erase(range.first, range.second);cout << "刪除后大小：" << ms.size() << endl;
}

3. `std::map<Key, T, Compare, Alloc>`

鍵唯一，每個鍵對應一個值。
訪問
- operator[](key)：不存在則插入默認值并返回引用
- at(key)：不存在拋 out_of_range
查找／刪除同 set。
遍歷按鍵升序，訪問 pair<const Key,T>。

#include <iostream>
#include <map>
using namespace std;int main() {map<int, string> m;m[1] = "one";                 // 插入或修改m.insert({2, "two"});         // 插入// m[3] 默認插入 ""，再賦值m[3] = "three";// 查找auto it = m.find(2);if (it != m.end())cout << "key=2, value=" << it->second << endl;// 范圍遍歷cout << "遍歷 map：\n";for (auto& [k,v] : m)cout << k << " → " << v << "\n";// 區間刪除 1 ≤ key < 3auto it1 = m.lower_bound(1);auto it3 = m.lower_bound(3);m.erase(it1, it3);cout << "刪除區間后大小：" << m.size() << endl;
}

4. `std::multimap<Key, T, Compare, Alloc>`

允許重復鍵，其他同 map。
取相同鍵所有值用 equal_range(key)。

#include <iostream>
#include <map>
using namespace std;int main() {multimap<int, string> mm;mm.emplace(1, "uno");mm.emplace(1, "ichi");mm.emplace(2, "dos");auto range = mm.equal_range(1);cout << "key=1 的所有值：";for (auto it = range.first; it != range.second; ++it)cout << it->second << ' ';cout << endl;// 刪除其中一個 pairauto it = range.first;mm.erase(it);cout << "刪除一個后剩余：" << mm.count(1) << " 個\n";
}

二、無序關聯容器（哈希表，平均 O(1)，最壞 O(n)）

1. `std::unordered_set<Key, Hash, KeyEqual, Alloc>`

鍵唯一，底層是哈希桶＋鏈表/開放尋址。
常用接口
- reserve(n)：預留至少能放下 n 個元素
- max_load_factor(f)：設置最大負載因子
- bucket_count()、load_factor()：查看當前桶數和負載
查找／插入／刪除平均 O(1)。

#include <iostream>
#include <unordered_set>
using namespace std;int main() {unordered_set<int> us;us.reserve(100);                   // 至少 100 個桶us.insert({3,1,4,1,5});            // 重復的1會被忽略cout << "元素：";for (int x : us) cout << x << ' '; // 無序輸出cout << endl;cout << "count(1)=" << us.count(1) << endl;  // 1 或 0us.erase(3);cout << "erase后 size=" << us.size() << endl;
}

2. `std::unordered_multiset<Key, Hash, KeyEqual, Alloc>`

允許重復鍵，其他同 unordered_set。
獲取所有相同鍵用 equal_range(key)。

#include <iostream>
#include <unordered_set>
using namespace std;int main() {unordered_multiset<int> ums;ums.insert(2);ums.insert(2);ums.insert(3);auto range = ums.equal_range(2);cout << "2 出現次數：";for (auto it = range.first; it != range.second; ++it)cout << *it << ' ';cout << endl;
}

3. `std::unordered_map<Key, T, Hash, KeyEqual, Alloc>`

鍵唯一，哈希字典。
訪問同 map：operator[]、at()。
reserve、rehash 可控制性能。

#include <iostream>
#include <unordered_map>
using namespace std;int main() {unordered_map<string,int> um;um.reserve(50);um["apple"] = 3;um.emplace("banana", 2);cout << "apple 個數：" << um["apple"] << endl;if (um.find("cherry")==um.end())cout << "no cherry\n";// 自定義哈希和相等struct Point { int x,y; };struct PointHash { size_t operator()(Point const& p) const noexcept {return p.x*31 + p.y;}};struct PointEq { bool operator()(Point const& a, Point const& b) const noexcept {return a.x==b.x && a.y==b.y;}};unordered_map<Point,string,PointHash,PointEq> mp;mp[{1,2}] = "A";cout << mp[{1,2}] << endl;
}

4. `std::unordered_multimap<Key, T, Hash, KeyEqual, Alloc>`

允許重復鍵，其他同 unordered_map。
取所有同鍵用 equal_range。

#include <iostream>
#include <unordered_map>
using namespace std;int main() {unordered_multimap<int,string> umm;umm.emplace(1,"a");umm.emplace(1,"b");umm.emplace(2,"c");for (auto it = umm.equal_range(1).first; it != umm.equal_range(1).second; ++it)cout << it->second << ' ';cout << endl;
}