C++ STL容器：序列式容器-数组string，vector，array，bitset

摘要：

   CC++ STL（Standard Template Library，标准模板库）在C++编程中的重要性不容忽视，STL提供了一系列容器、迭代器、算法和函数对象，这些组件极大地提高了C++程序的开发效率和代码质量。

STL 容器 分为 2 大类 , 分别是“序列式容器” 和“关联式容器 ”。

• 序列式容器：每个元素都有固定位置，取决于插入时机和地点，其底层为线性序列的数据结构，里面存储的是元素本身。
• 关联式容器：元素位置取决于特定的排序准则，和插入顺序无关，其里面存储的是< key , value >结构的键值对，在数据检索时比序列式容器效率更高。

   本系列博文将详细介绍C++STL的各种容器的特性优缺点，以及其常用算法方法等。本文介绍的是序列式容器-数组string，vector，array，bitset。

（开发环境：VScode，C++17）

关键词： C++，STL，数据存储，数据类型，数组，array，string，vector，bitset

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正文：

string

string类本不是STL的容器，但是它与STL容器有着很多相似的操作，因此，把string放在这里一起进行介绍。C++中的string类相当于是字符数组，但是其更方便于我们的操作，而且不需要在输入之前初始化字符数组的容量，节省空间。（有需要更深入了解数据结构数组的，可看同专栏下数据结构分支）

常用函数：

• front()：返回string第一个元素。
• back()：返回string最后一个元素。
• insert()：在指定位置索引插入字符。
• erase()：从指定索引处开始删除字符。
• replace()：从索引处开始替换字符。
• append()：在字符串尾部拼接上字符串。
• size()：返回string包含的元素个数。
• compare()：比较两个字符串，如果str小于str2，结果为负；相等则为0；大于则为正 。
• find()：从前往后找对应的字符串，若找到，返回首字母下标。
• count()：计算字符串中对应字符出现的次数。
• substr()：返回从索引处开始的对应个数元素组成的字符串 。
• empty()：判断字符串是否为空。

使用例子：

#include <iostream>  
#include <string>  int main()
{std::string str = "Hello, World!";// front 和 backstd::cout << "First character: " << str.front() << std::endl;std::cout << "Last character: " << str.back() << std::endl;// insertstr.insert(7, "Beautiful "); // 在索引7处插入"Beautiful "std::cout << "After insert: " << str << std::endl;// erasestr.erase(7, 9); // 从索引7开始删除9个字符（这里实际只有8个字符可删除）std::cout << "After erase: " << str << std::endl;  // replacestr.replace(7, 5, "Great"); // 从索引7开始替换5个字符为"Great"std::cout << "After replace: " << str << std::endl;// appendstr.append(" and everyone!");std::cout << "After append: " << str << std::endl;// sizestd::cout << "Size of string: " << str.size() << std::endl;// comparestd::string str2 = "Hello, everyone!";int result = str.compare(str2); // 比较两个字符串std::cout << "Compare result: " << result << std::endl; // findsize_t pos = str.find("Great");std::cout << "Position of 'Great': " << pos << std::endl;// countsize_t count = str.count('o'); // 计算字符'o'出现的次数std::cout << "Number of 'o's: " << count << std::endl;  // substrstd::string sub = str.substr(7, 5); // 从索引7开始获取长度为5的子字符串std::cout << "Substring: " << sub << std::endl;// emptyif (str.empty()) {std::cout << "String is empty." << std::endl;}else {std::cout << "String is not empty." << std::endl;}return 0;
}

array

C++ STL（Standard Template Library，标准模板库）中的array是一个固定大小的顺序容器，它支持随机访问。与vector不同，array的大小在编译时就必须确定，且之后不可改变。这意味着array提供了比vector更高的性能，因为它不需要在运行时动态分配内存或管理内存大小的变化。然而，这也意味着array的灵活性较低，不适用于需要动态改变大小的场景。

常用函数：

• size()：返回容器中的元素数量。
• empty()：如果容器为空，则返回true。
• begin(), end()：返回指向容器第一个元素和最后一个元素之后位置的迭代器。
• at(size_t pos)：访问指定位置的元素，如果位置超出范围，则抛出std::out_of_range异常。
• operator[]：可以使用下标操作符[]来访问array中的元素。

使用例子：

#include <iostream>
#include <array>int main()
{  std::array<int, 5> myArray = {1, 2, 3, 4, 5};// 遍历并打印数组for (int i = 0; i < myArray.size(); ++i) {std::cout << myArray[i] << " ";}std::cout << std::endl;// 使用at访问元素try {std::cout << "Element at position 3: " << myArray.at(3) << std::endl;}catch (const std::out_of_range& e) {std::cout << "Out of range error: " << e.what() << std::endl;}return 0;
}

vector

一句话来说，vector 就是能够动态调整大小的 array。和 array 一样，vector 使用连续内存空间来保存元素，这意味着其元素可以用普通指针的++和–操作来访问；不同于 array 的是，其存储空间可以自动调整。

常用函数：

• size()：返回容器中元素的数量。
• empty()：如果容器为空，则返回true。
• push_back(const T& value)：在容器的末尾添加一个元素。
• pop_back()：移除容器末尾的元素。
• begin(), end()：返回指向容器第一个元素和最后一个元素之后位置的迭代器。
• insert(iterator pos, const T& value)：在指定位置插入一个元素，并返回指向新插入元素的迭代器。
• erase(iterator pos)：移除指定位置的元素，并返回指向被移除元素之后位置的迭代器。
• clear()：移除容器中的所有元素。

使用例子：

#include <iostream>
#include <vector>int main()
{std::vector<int> myVector = {1, 2, 3, 4, 5};// 在末尾添加元素myVector.push_back(6);// 遍历并打印vectorfor (int i = 0; i < myVector.size(); ++i) {std::cout << myVector[i] << " ";}std::cout << std::endl;// 在指定位置插入元素myVector.insert(myVector.begin() + 2, 99); // 在第三个位置插入99// 再次遍历并打印vectorfor (int num : myVector) { // 使用范围for循环std::cout << num << " ";}std::cout << std::endl;return 0;
}

bitset

C++ STL（Standard Template Library，标准模板库）中的bitset是一个固定大小的位序列，其中每个位可以独立地设置为0或1，bitset容器相当于是01数组。bitset是一个模板类，通常用于处理位操作，如设置、清除、翻转、测试位，以及执行位计数和位查找等操作。bitset特别适用于需要精确控制位操作的场景，如权限管理、状态标记等。

常用函数：

• test(size_t pos)：测试在位置pos上的位是否为1。
• set(size_t pos, bool val = true)：将位置pos上的位设置为val（默认为true）。
• reset(size_t pos)：将位置pos上的位设置为0。
• flip(size_t pos)：翻转位置pos上的位。
• to_ulong()和to_ullong()：将bitset的内容转换为unsigned long或unsigned long long类型（注意，这可能会导致数据丢失，如果bitset的大小超过了目标类型的位数）。
• size()：返回bitset中位的数量。
• count()：返回bitset中设置为1的位的数量。
• any()：如果bitset中至少有一个位被设置为1，则返回true。
• none()：如果bitset中没有位被设置为1，则返回true。
• all()：如果bitset中的所有位都被设置为1，则返回true。

使用例子：

#include <iostream>
#include <bitset>int main()
{std::bitset<8> myBitset("10101010");// 测试并打印特定位std::cout << "Bit 3: " << myBitset.test(3) << std::endl; // 输出1，因为第3位是1（从0开始计数）// 翻转特定位myBitset.flip(3);std::cout << "After flipping bit 3: " << myBitset << std::endl; // 输出01101010// 设置特定位myBitset.set(5);std::cout << "After setting bit 5: " << myBitset << std::endl; // 输出01101110// 重置特定位myBitset.reset(5);std::cout << "After resetting bit 5: " << myBitset << std::endl; // 输出01101010// 输出1的个数std::cout << "Number of 1s: " << myBitset.count() << std::endl; // 输出4return 0;
}

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