C++11中引入了哪些新的容器？请描述它们的特点和用法。

参考回答

C++11 引入了几个新的容器，这些容器增强了标准库的功能和灵活性。主要有两个新的容器：std::array 和 std::unordered_map，这两个容器分别解决了不同的问题，并且具有不同的特点和使用方式。

1. std::array

std::array 是 C++11 引入的一个容器类，它是一个固定大小的数组封装。它结合了传统数组和容器的特点，提供了数组的固定大小特性，同时也具有容器类的接口，支持更多的 STL 算法。

特点：

• 固定大小：std::array 的大小在编译时确定，并且不可修改。
• 与原生数组兼容：与原生数组一样，std::array 也存储数据在连续的内存块中。
• 支持 STL 容器接口：std::array 支持常见的容器接口，比如 begin(), end(), size(), at(), front(), back() 等。

用法：

#include 
#include 

int main() {
    std::array arr = {1, 2, 3, 4, 5};

    // 使用 for 循环访问
    for (int i = 0; i < arr.size(); ++i) {
        std::cout << arr[i] << " ";
    }
    std::cout << std::endl;

    // 使用 range-based for 循环访问
    for (auto& val : arr) {
        std::cout << val << " ";
    }
    std::cout << std::endl;

    // 使用 at() 方法安全访问元素
    std::cout << arr.at(2) << std::endl;  // 输出 3

    return 0;
}

2. std::unordered_map

std::unordered_map 是 C++11 引入的一个容器，它类似于 std::map，但是它使用哈希表来存储数据，因此提供了更快的平均查找时间复杂度（O(1)），而 std::map 使用红黑树，查找时间复杂度为 O(log n)。

特点：

• 无序存储：与 std::map 不同，std::unordered_map 存储元素时没有顺序，它的键值对是无序的。
• 基于哈希表：元素通过哈希函数存储在哈希表中，提供了常数时间的查找、插入和删除操作。
• 性能优势：在大多数情况下，std::unordered_map 提供比 std::map 更快的查找性能，特别是对于较大的数据集。

用法：

#include 
#include 

int main() {
    std::unordered_map umap;

    umap[1] = "One";
    umap[2] = "Two";
    umap[3] = "Three";

    // 遍历 unordered_map
    for (const auto& pair : umap) {
        std::cout << pair.first << ": " << pair.second << std::endl;
    }

    // 查找元素
    if (umap.find(2) != umap.end()) {
        std::cout << "Key 2 found with value: " << umap[2] << std::endl;
    } else {
        std::cout << "Key 2 not found!" << std::endl;
    }

    return 0;
}

详细讲解与拓展

1. std::array 的扩展：
   • std::array 是一个轻量级的容器，适合在已知大小的情况下使用，它提供了数组的所有特性，但增加了 STL 容器的一些优点。比如它支持 std::sort() 等 STL 算法，且通过 .at() 可以进行边界检查。
   • 在实际开发中，如果你需要一个固定大小的数组且不想失去 STL 容器的灵活性，std::array 是一个理想的选择。
2. std::unordered_map 的扩展：
   • std::unordered_map 通过哈希表存储数据，其查找、插入和删除的平均时间复杂度为 O(1)，但最坏情况下时间复杂度为 O(n)。因此，它非常适合频繁查找的场景，比如缓存系统。
   • 与 std::map 的区别在于，std::unordered_map 的键值对没有顺序，适用于不关心顺序，只关心键查找速度的场景。
   • std::unordered_map 使用哈希函数来决定元素的位置，默认情况下使用 std::hash，但也可以为自定义类型提供特定的哈希函数。

总结

C++11 引入了两个新的容器：std::array 和 std::unordered_map。std::array 提供了固定大小的数组功能，同时支持 STL 容器接口，适合在数组大小已知且需要 STL 容器功能的场景下使用。std::unordered_map 提供了一个基于哈希表的键值对存储容器，具有常数时间的查找性能，适合高效查找的场景，尤其是在元素数量较大的情况下。通过这两个容器，C++11 大大增强了标准库的灵活性和性能。

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