C++ 数据结构
C++ 提供了多种数据结构，既有基础的如数组、结构体、类等，也有高级的 STL 容器如 vector、map 和 unordered_map 等。
下面详细介绍 C++ 中常用的数据结构及其特点和用法。

  1. 数组（Array）
    数组是最基础的数据结构，用于存储一组相同类型的数据。
    特点：

固定大小，一旦声明，大小不能改变。
直接访问元素，时间复杂度为 O(1)。
适合处理大小已知、元素类型相同的集合。

实例
int arr[5] = {1, 2, 3, 4, 5};
cout << arr[0]; // 输出第一个元素

优缺点：

优点：访问速度快，内存紧凑。
缺点：大小固定，无法动态扩展，不适合处理大小不确定的数据集。

  1. 结构体（Struct）
    结构体允许将不同类型的数据组合在一起，形成一种自定义的数据类型。
    特点：

可以包含不同类型的成员变量。
提供了对数据的基本封装，但功能有限。

示例：
实例
struct Person {
    string name;
    int age;
};
Person p = {“Alice”, 25};
cout << p.name << endl; // 输出 Alice

  1. 类（Class）
    类是 C++ 中用于面向对象编程的核心结构，允许定义成员变量和成员函数。与 struct 类似，但功能更强大，支持继承、封装、多态等特性。
    特点：

可以包含成员变量、成员函数、构造函数、析构函数。
支持面向对象特性，如封装、继承、多态。

实例
class Person {
private:
    string name;
    int age;
public:
    Person(string n, int a) : name(n), age(a) {}
    void printInfo() {
        cout << “Name: “ << name << “, Age: “ << age << endl;
    }
};
Person p(“Bob”, 30);
p.printInfo(); // 输出: Name: Bob, Age: 30

  1. 链表（Linked List）
    链表是一种动态数据结构，由一系列节点组成，每个节点包含数据和指向下一个节点的指针。
    特点：

动态调整大小，不需要提前定义容量。
插入和删除操作效率高，时间复杂度为 O(1)（在链表头部或尾部操作）。
线性查找，时间复杂度为 O(n)。

实例（单向链表）
struct Node {
    int data;
    Node* next;
};
Node* head = nullptr;
Node* newNode = new Node{10, nullptr};
head = newNode; // 插入新节点

优缺点：

优点：动态大小，适合频繁插入和删除的场景。
缺点：随机访问效率低，不如数组直接访问快。

  1. 栈（Stack）
    栈是一种后进先出（LIFO, Last In First Out）的数据结构，常用于递归、深度优先搜索等场景。
    特点：

只允许在栈顶进行插入和删除操作。
时间复杂度为 O(1)。

实例
stack s;
s.push(1);
s.push(2);
cout << s.top(); // 输出 2
s.pop();

优缺点：

优点：操作简单，效率高。
缺点：只能在栈顶操作，访问其他元素需要弹出栈顶元素。

  1. 队列（Queue）
    队列是一种先进先出（FIFO, First In First Out）的数据结构，常用于广度优先搜索、任务调度等场景。
    特点：

插入操作在队尾进行，删除操作在队头进行。
时间复杂度为 O(1)。

实例
queue q;
q.push(1);
q.push(2);
cout << q.front(); // 输出 1
q.pop();

优缺点：

优点：适合按顺序处理数据的场景，如任务调度。
缺点：无法随机访问元素。

  1. 双端队列（Deque）
    双端队列允许在两端进行插入和删除操作，是栈和队列的结合体。
    特点：

允许在两端进行插入和删除。
时间复杂度为 O(1)。

实例
deque dq;
dq.push_back(1);
dq.push_front(2);
cout << dq.front(); // 输出 2
dq.pop_front();

优缺点：

优点：灵活的双向操作。
缺点：空间占用较大，适合需要在两端频繁操作的场景。

  1. 哈希表（Hash Table）
    哈希表是一种通过键值对存储数据的数据结构，支持快速查找、插入和删除操作。C++ 中的 unordered_map 是哈希表的实现。
    特点：

使用哈希函数快速定位元素，时间复杂度为 O(1)。
不保证元素的顺序。

实例
unordered_map<string, int> hashTable;
hashTable[“apple”] = 10;
cout << hashTable[“apple”]; // 输出 10

优缺点：

优点：查找、插入、删除操作效率高。
缺点：无法保证元素顺序，哈希冲突时性能会下降。

  1. 映射（Map）
    map 是一种有序的键值对容器，底层实现是红黑树。与 unordered_map 不同，它保证键的顺序，查找、插入和删除的时间复杂度为 O(log n)。
    特点：

保证元素按键的顺序排列。
使用二叉搜索树实现。

实例
map<string, int> myMap;
myMap[“apple”] = 10;
cout << myMap[“apple”]; // 输出 10

优缺点：

优点：元素有序，适合需要按顺序处理数据的场景。
缺点：操作效率比 unordered_map 略低。

  1. 集合（Set）
    set 是一种用于存储唯一元素的有序集合，底层同样使用红黑树实现。它保证元素不重复且有序。
    特点：

保证元素的唯一性。
元素自动按升序排列。
时间复杂度为 O(log n)。

实例
set s;
s.insert(1);
s.insert(2);
cout << *s.begin(); // 输出 1

优缺点：

优点：自动排序和唯一性保证。
缺点：插入和删除的效率不如无序集合。

  1. 动态数组（Vector）
    vector 是 C++ 标准库提供的动态数组实现，可以动态扩展容量，支持随机访问。
    特点：

动态调整大小。
支持随机访问，时间复杂度为 O(1)。
当容量不足时，动态扩展，时间复杂度为摊销 O(1)。

实例
vector v;
v.push_back(1);
v.push_back(2);
cout << v[0]; // 输出 1

优缺点：

优点：支持随机访问，动态扩展。
缺点：插入和删除中间元素的效率较低。