C++算法
C++ 零基础入门教程：现代 C++ 核心武器库 STL
掌握 C++ STL 标准模板库基础应用，包括 std::vector 动态数组、std::string 字符串处理及 std::map 键值对容器。通过重构成绩系统与实现控制台通讯录项目，演示利用 STL 替代手动内存管理，提升代码安全性与效率。内容涵盖常用操作示例、类型安全说明及性能优化建议，帮助开发者从 C 风格迈向现代 C++。
掌握 C++ STL 标准模板库基础应用，包括 std::vector 动态数组、std::string 字符串处理及 std::map 键值对容器。通过重构成绩系统与实现控制台通讯录项目，演示利用 STL 替代手动内存管理，提升代码安全性与效率。内容涵盖常用操作示例、类型安全说明及性能优化建议，帮助开发者从 C 风格迈向现代 C++。
回顾之前的代码，我们用了固定大小的数组：
Student students[10]; // 最多 10 人
但现实中，学生数量是不确定的。如果用 new[] 动态分配，又容易忘记 delete[]，导致内存泄漏。
new/delete）vector）std::vector —— 动态数组（必学！）vector 是可变长数组，会自动增长。
#include <iostream>
#include <vector>
// 必须包含
using namespace std;
int main() {
// 创建空 vector
vector<int> numbers;
// 添加元素（自动扩容）
numbers.push_back(10);
numbers.push_back(20);
numbers.push_back(30);
// 访问元素（和数组一样）
cout << "第一个数：" << numbers[0] << endl;
cout << "最后一个数：" << numbers.back() << endl;
// 获取大小
cout << "当前有 " << numbers.size() << " 个元素" << endl;
// 遍历（C++11 范围 for 循环）
for (int x : numbers) {
cout << x << " ";
}
cout << endl;
return 0;
}
✅ 输出：
第一个数：10 最后一个数：30 当前有 3 个元素 10 20 30
🔑 常用操作：
.push_back(value)→ 末尾添加.pop_back()→ 删除末尾.size()→ 元素个数.empty()→ 是否为空[index]或.at(index)→ 访问（.at会检查越界）
#include <vector>
#include <string>
using namespace std;
class Student {
public:
string name;
double score;
Student(string n, double s) : name(n), score(s) {}
};
int main() {
vector<Student> students;
students.push_back(Student("Alice", 95));
students.push_back(Student("Bob", 88));
for (const Student& s : students) {
// 用引用避免拷贝
cout << s.name << ": " << s.score << endl;
}
return 0;
}
💡 注意：
const Student&避免不必要的对象复制，提升性能！
std::string —— 真正的字符串类型你可能还记得 C 风格字符串（char[]）的麻烦：
std::string 的强大功能：#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;
int main() {
string name = "Hello";
name += " C++"; // 拼接
cout << name << endl; // Hello C++
cout << "长度：" << name.length() << endl; // 8
if (name.find("C++") != string::npos) {
cout << "包含 'C++'" << endl;
}
// 遍历每个字符
for (char c : name) {
cout << c << "-";
}
cout << endl;
return 0;
}
✅ 输出：
Hello C++ 长度：8 包含 'C++' H-e-l-l-o- -C-+-+-
🎯 结论：永远优先使用
std::string，不要用char[]！
std::map —— 键值对容器（类似 Java HashMap）map 用于存储 键 → 值 的映射，自动按键排序。
#include <iostream>
#include <map>
#include <string>
using namespace std;
int main() {
map<string, int> wordCount;
wordCount["apple"] = 5;
wordCount["banana"] = 3;
wordCount["apple"]++; // 变成 6
// 遍历 map
for (const auto& pair : wordCount) {
cout << pair.first << ": " << pair.second << endl;
}
// 查找
if (wordCount.count("orange")) {
cout << "有 orange" << endl;
} else {
cout << "没有 orange" << endl;
}
return 0;
}
✅ 输出：
apple: 6 banana: 3 没有 orange
🔑 说明：
pair.first是键，pair.second是值auto让编译器自动推导类型（C++11 特性）.count(key)返回 0 或 1（是否存在）
我们将移除 MAX 限制，支持任意数量学生。
GradeSystem 类：// grade_system_stl.cpp
#include <iostream>
#include <vector>
#include <string>
using namespace std;
class Student {
private:
string name;
double score;
public:
Student(string n, double s) : name(n), score(s) {}
string getName() const { return name; }
double getScore() const { return score; }
void print() const { cout << name << "\t" << score << endl; }
};
class GradeSystem {
private:
vector<Student> students; // ← 关键：用 vector 替代数组
public:
void addStudent(const string& name, double score) {
students.push_back(Student(name, score)); // 自动扩容
}
void printAll() {
cout << ;
( & s : students) {
s.();
}
}
{
(students.()) ;
sum = ;
( & s : students) {
sum += s.();
}
sum / students.();
}
{
(students.()) (, );
Student top = students[];
( & s : students) {
(s.() > top.()) {
top = s;
}
}
top;
}
};
{
GradeSystem sys;
sys.(, );
sys.(, );
sys.(, );
sys.(, );
sys.();
cout << << sys.() << endl;
cout << ;
sys.().();
;
}
✅ 编译运行：
g++ grade_system_stl.cpp -o grade ./grade
🎉 现在系统可以处理任意数量学生，且内存自动管理！
我们将综合使用 vector + string + map（可选），实现：
vector<Contact> 存储（适合遍历）map<string, string>（姓名 → 电话，适合快速查找）我们采用 vector + 线性查找（简单清晰）：
// contact_book.cpp
#include <iostream>
#include <vector>
#include <string>
using namespace std;
class Contact {
public:
string name;
string phone;
Contact(string n, string p) : name(n), phone(p) {}
};
class ContactBook {
private:
vector<Contact> contacts;
public:
void addContact(const string& name, const string& phone) {
contacts.push_back(Contact(name, phone));
cout << "已添加 " << name << endl;
}
void findContact(const string& name) const {
bool found = false;
for (const auto& c : contacts) {
if (c.name == name) {
cout << "找到：" << c.name << " - " << c.phone << endl;
found = true;
}
}
if (!found) {
cout << "未找到 " << name << endl;
}
}
void listAll {
(contacts.()) {
cout << << endl;
;
}
cout << ;
( & c : contacts) {
cout << c.name << << c.phone << endl;
}
}
};
{
ContactBook book;
choice;
string name, phone;
() {
cout << ;
cin >> choice;
(choice == ) ;
(choice) {
:
cout << ;
cin >> name;
cout << ;
cin >> phone;
book.(name, phone);
;
:
cout << ;
cin >> name;
book.(name);
;
:
book.();
;
:
cout << << endl;
}
}
cout << << endl;
;
}
✅ 编译运行：
g++ contact_book.cpp -o contact ./contact
🎮 你可以添加、查找、列出联系人，完全由 STL 驱动！
| 容器 | 用途 | 对比 Java |
|---|---|---|
vector<T> | 动态数组 | ≈ ArrayList<T> |
string | 字符串 | ≈ String（但更高效） |
map<K,V> | 有序键值对 | ≈ TreeMap<K,V> |
✅ 你已具备：使用 STL 编写安全、高效的 C++ 代码。用
vector替代原始数组构建小型数据管理系统。
map<string, string> 实现 O(log n) 查找push_back 时的拷贝开销？
→ 答案：移动语义（第 5 篇）
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