C++ STL 容器详解：vector、list、map 与迭代器完全指南

目录

前言

一、STL 六大组件回顾

二、vector 容器详解

三、迭代器分类

四、list 容器详解

五、map 容器详解

六、总结

前言

STL 是 C++ 开发的核心利器，几乎所有项目都会用到容器、迭代器与算法。相比于 C 语言手动实现顺序表、链表、哈希结构，STL 提供了一套标准化、高复用、高效率的通用组件，大幅提升开发效率。

本文结合实战代码、底层原理、避坑细节，完整讲解 STL 六大核心组成，重点剖析vector、list、map、multimap常用容器用法、迭代器分类、仿函数特性，适合新手学习、面试复盘。

一、STL 六大组件回顾

STL 标准组成分为六大模块，相互配合实现泛型编程：

1. 容器：存储数据（vector、list、map、set 等）

2. 迭代器：容器通用“泛型指针”，统一遍历方式

3. 算法：排序、查找、去重等通用算法

4. 仿函数：重载()的类/结构体，可像函数一样调用

5. 配接器：基于容器改造（栈、队列、优先队列）

6. 配置器：负责内存分配，vector 内存池底层依赖它

不同平台 STL ：Linux 使用 SGI STL，Visual Studio 使用 PJ STL。

二、vector 容器详解

vector是动态数组，类似 C 语言的顺序表，支持随机访问。

2.1 vector 的三种访问方式

ar[i]可以表示三种情况：数组名、指针、对象名（重载了operator[]）。

int main() { std::vector<int> ar = {12, 23, 34, 45, 56, 67, 78, 89, 90, 11}; // 1. front() / back()：首尾元素 cout << ar.front() << endl; // 第一个元素 cout << ar.back() << endl; // 最后一个元素 // 2. at()：带边界检查 for (int i = 0; i < ar.size(); i++) { cout << ar.at(i) << endl; } // 3. operator[]：不带边界检查 for (int i = 0; i < ar.size(); i++) { cout << ar[i] << endl; ar.operator[](i); // 等价写法 } }

2.2 at() vs operator[] 的区别

不同平台表现

关键点：VS 在 Debug 模式下operator[]也会检查越界（断言），但 Release 模式下不检查。不能依赖 VS Debug 的行为写代码，因为换到 Linux 或其他编译器就没有这个保护了。

2.3 范围 for 循环

int main() { std::vector<int> ar = {12, 23, 34, 45, 56, 67, 78, 89, 90, 100}; // 值拷贝（效率低，类类型时尤其明显） for (auto x : ar) { printf("%5d", x); } // 引用（推荐，不拷贝） for (auto& x : ar) { printf("%5d", x); } // const 引用（只读） for (const auto& x : ar) { printf("%5d", x); } }

auto&可以少一次拷贝，推荐使用。

2.4 迭代器遍历

int main() { std::vector<int> ar = {12, 23, 34, 45, 56, 67, 78, 89, 90, 100}; std::vector<int>::iterator it = ar.begin(); std::vector<int>::iterator end = ar.end(); for (; it != end; ++it) { cout << *it << endl; } // const 迭代器：只读 std::vector<int>::const_iterator cit; }

2.5 reserve() vs resize()

reserve(n)：预留空间，只改变capacity，不改变size。

std::vector<int> ar; ar.reserve(10); cout << ar.size(); // 0 cout << ar.capacity(); // 10

resize(n)：设置容器大小，同时改变size和capacity。

std::vector<int> ar; ar.resize(10); cout << ar.size(); // 10 cout << ar.capacity(); // 至少 10（可能更大）

核心区别：

• reserve：只扩容，不创建元素。size不变。

• resize：扩容并创建元素。size变为n。

2.6 vector 常用函数

int main() { std::vector<int> ar; ar.resize(10000); cout << "size:" << ar.size() << endl; // 10000 cout << "capacity:" << ar.capacity() << endl; // 至少 10000 // 删除区间 [begin+2, end) ar.erase(ar.begin() + 2, ar.end()); cout << "size:" << ar.size() << endl; // 2 cout << "capacity:" << ar.capacity() << endl; // 容量不变 // 收缩容量，使 capacity == size ar.shrink_to_fit(); cout << "size:" << ar.size() << endl; // 2 cout << "capacity:" << ar.capacity() << endl; // 2 }

2.7 vector 类型别名

template<class T> class vector { public: using value_type = T; using reference = T&; using const_reference = const T&; using pointer = T*; using const_pointer = const T*; };

三、迭代器分类

随机迭代器示例

int main() { std::vector<int> ivec = {12, 23, 34, 45, 56}; std::vector<int>::iterator it = ivec.begin(); cout << *it << endl; // 12 cout << *(it + 3) << endl; // 45 it += 3; cout << *it << endl; // 45 it -= 2; cout << *it << endl; // 34 }

双向迭代器示例

int main() { std::list<int> ilist = {12, 23, 34, 45, 56}; std::list<int>::iterator it = ilist.begin(); it++; // 可以向前 ++it; it--; // 可以向后 }

四、list 容器详解

4.1 list 访问方式

int main() { std::list<int> ilist = {12, 23, 34, 45, 56}; // 1. 范围 for for (auto& x : ilist) { cout << x << " "; } // 2. 迭代器 for (auto it = ilist.begin(); it != ilist.end(); ++it) { cout << *it << " "; } // 3. front/back cout << ilist.front() << endl; // 第一个元素 cout << ilist.back() << endl; // 最后一个元素 }

4.2 list 插入

int main() { std::list<int> mylist = {1, 3, 5, 7, 9}; std::list<int> helist = {2, 4, 6, 8, 10}; // 在开头插入 10 个 23 mylist.insert(mylist.begin(), 10, 23); // 在中间位置插入 auto it = mylist.begin(); ++it; ++it; ++it; mylist.insert(it, helist.begin(), helist.end()); }

4.3 list 拼接（splice）

int main() { std::list<int> mylist = {1, 3, 5, 7, 9}; std::list<int> helist = {2, 4, 6, 8, 10}; auto it = mylist.begin(); mylist.splice(it, helist, helist.begin(), helist.end()); // helist 中的元素被移动到 mylist 中 }

4.4 list 删除

// remove：按值删除 mylist.remove(45); // remove_if：按条件删除 int x; cin >> x; mylist.remove_if([x](const int& y) { return y > x; });

4.5 list 注意事项

// 删除区间 [begin, end) mylist.erase(mylist.begin(), mylist.end());

五、map 容器详解

map是键值对容器（key-value），像字典，一个唯一键对应一个值。

5.1 map 基础操作

int main() { std::map<int, std::string> ismap; // key 不可重复 std::multimap<int, std::string> mismap; // key 可以重复 }

5.2 std::pair 与 make_pair

int main() { // 构造 pair std::pair<int, std::string> p1(12, "apple"); std::pair<int, std::string> p2 = std::make_pair(12, "banana"); // 访问成员 cout << p1.first << " " << p1.second << endl; // C++17 结构化绑定 auto [id, name] = p1; cout << id << " " << name << endl; // pair 比较：先比 first，再比 second cout << (p1 > p2) << endl; }

5.3 给 map 插入元素

int main() { std::map<int, std::string> ismap = { {12, "zhangsan"}, {23, "lisi"}, {34, "wangwu"}, {45, "zhaoliu"} }; // 四种插入方式 ismap.insert({100, "beijing"}); ismap.insert(std::pair<int, std::string>(78, "henan")); ismap.insert(std::make_pair(56, "guangzhou")); ismap.insert(std::map<int, std::string>::value_type(67, "yunnan")); // 遍历 for (auto& xp : ismap) { cout << xp.first << "=>" << xp.second << endl; } }

5.4 map 的 operator[] 行为

int main() { std::map<int, std::string> ismap = { {12, "zhangsan"}, {23, "lisi"}, {34, "wangwu"} }; int key; while (cin >> key, key != -1) { cout << ismap[key] << endl; // 行为： // 1. 去 map 里查找 key // 2. 如果有，返回值的引用 // 3. 如果没有，自动插入这个 key！ } }

注意：operator[]会在 key 不存在时自动插入，慎用。

5.5 map 实现计数器

int main() { const int n = 10000; std::vector<int> ivec; ivec.reserve(n); srand(time(nullptr)); for (int i = 0; i < n; ++i) { ivec.push_back(rand() % 100); } // 统计数字出现次数 map<int, int> countMap; for (auto& num : ivec) { countMap[num]++; // 核心！一行代码完成统计 } for (auto& pair : countMap) { cout << pair.first << " " << pair.second << endl; } }

5.6 删除 map 元素

// 方式1：通过迭代器删除 auto it = ismap.find("lisi"); if (it != ismap.end()) { ismap.erase(it); } // 方式2：通过 key 删除 ismap.erase("zhaoliu");

5.7 map 合并（merge）

int main() { std::map<int, char> icmap1 = {{1,'a'}, {3,'b'}, {5,'c'}}; std::map<int, char> icmap2 = {{2,'d'}, {4,'e'}, {3,'f'}, {6,'g'}}; icmap1.merge(icmap2); // 冲突的 key 不会被合并 }

5.8 lower_bound / upper_bound

auto it = icmap.lower_bound(key); // 第一个 >= key auto it = icmap.upper_bound(key); // 第一个 > key

5.9 equal_range

auto it = icmap.equal_range(key); // 返回一对迭代器 [first, second) // first = lower_bound(key) // second = upper_bound(key)

5.10 multimap 用法

int main() { std::multimap<int, char> icmap; for (int i = 0; i < 26; ++i) { icmap.insert({rand() % 10, i + 'a'}); } // 获取所有 key 为特定值的元素 auto it = icmap.equal_range(key); for (auto i = it.first; i != it.second; ++i) { cout << i->first << " " << i->second << endl; } }

5.11 按频度排序

// 按数字出现次数升序打印 std::multimap<int, int> iimap; for (auto& pair : countMap) { iimap.insert(make_pair(pair.second, pair.first)); } PrintMap(iimap); // 按次数从小到大输出

六、总结