STLコンテナ

[前のレッスンでは]、[templateについて学びました]――[これにより]関数[や]クラスが[任意の]型に対応できるようになります。

[ただし、実際の]プロジェクト[では]、[自分で]コンテナ（[例えば動的]配列や[リンクリスト]など）を[書く必要はありません]。

C++の[標準]テンプレート[ライブラリ]（STL）には、[すぐに使える]コンテナが[用意されている]ので、[そのまま使えばいい]！

1. STLとは？

STL（Standard Template Library、[標準]テンプレート[ライブラリ]）は、C++の[標準ライブラリの一部]であり、以下を[含んでいます]：

💡 [要点]： STLはテンプレートで[実装されている]ため、[任意の]型をサポートできます。

2. ベクトル（[最もよく使われる]）

(1) 2.1 ベクトルとは何か？

std::vector [はい][動的]配列——[サイズが自動的に拡大する]。

▶ サンプル 1: vector [基本用法] (難易度 ⭐)

#include iostream
#include vector

int main() {
 // int vector
 std::vectorint vec = {1, 2, 3, 4, 5};
 
 // ...
 std::cout << "：" << vec[0] << std::endl;
 std::cout << "：" << vec.at(1) << std::endl;
 
 // ...
 vec[0] = 100;
 
 // ...
 std::cout << "：" << vec.size() << std::endl;
 
 return 0;
}

💡 [ヒント]： vec.at(i) [は][境界外チェックを行う]，[境界外の場合は]例外をスローする；vec[i] [はチェックを行わない]，[効率が高い]。

(2) 2.2 [要素の追加と削除]

#include iostream
#include vector

int main() {
 std::vectorint vec;
 
 // ...
 vec.push_back(10);
 vec.push_back(20);
 vec.push_back(30);
 
 // ...
 vec.pop_back();
 
 // ...
 vec.insert(vec.begin() + 1, 15); // 15
 
 // ...
 vec.erase(vec.begin() + 1); // ...
 
 return 0;
}

(3) 2.3 [ベクトルの反復処理]

[方法1]：[添字による反復]（[最も一般的]）

#include iostream
#include vector

int main() {
 std::vectorint vec = {1, 2, 3, 4, 5};
 
 for (size_t i = 0; i < vec.size(); i++) {
 std::cout << vec[i] << " ";
 }
 std::cout << std::endl;
 
 return 0;
}

[方法2]：[適用範囲] for（C++11、[推奨]）

#include iostream
#include vector

int main() {
 std::vectorint vec = {1, 2, 3, 4, 5};
 
 for (int x : vec) {
 std::cout << x << " ";
 }
 std::cout << std::endl;
 
 return 0;
}

[方法3]：イテレータ（[後述]）

#include iostream
#include vector

int main() {
 std::vectorint vec = {1, 2, 3, 4, 5};
 
 for (auto it = vec.begin(); it != vec.end(); ++it) {
 std::cout << *it << " ";
 }
 std::cout << std::endl;
 
 return 0;
}

💡 [おすすめ]： [優先的に使用][範囲] for（C++11）、[最も簡潔]。

3. array（[固定サイズ]array）

(1) 3.1 配列とは何か？

std::array [これは][固定サイズ][の]配列であり、[しかし] [通常の]配列よりも[安全]です。

▶ サンプル 2: array [基本用法] (難易度 ⭐)

#include iostream
#include array

int main() {
 // 5 int array
 std::array<int, 5> arr = {1, 2, 3, 4, 5};
 
 // ...
 std::cout << "：" << arr[0] << std::endl;
 
 // ...
 std::cout << "：" << arr.size() << std::endl;
 
 return 0;
}

💡 [要点]： std::array [のサイズは]コンパイル時に[決定][される]もので、[変更することはできない]。

4. deque（[両端キュー]）

(1) 4.1 dequeとは何か？

std::deque [はい][両端キュー]――[両端]で[要素を]素早く[追加]・[削除]できる。

▶ サンプル 3: deque [基本用法] (難易度 ⭐⭐)

#include iostream
#include deque

int main() {
 std::dequeint dq;
 
 // ...
 dq.push_back(10);
 dq.push_back(20);
 
 // ...
 dq.push_front(5);
 dq.push_front(1);
 
 // dq：1, 5, 10, 20
 
 for (int x : dq) {
 std::cout << x << " ";
 }
 std::cout << std::endl;
 
 return 0;
}

5. リスト（[双方向連結リスト]）

(1) 5.1 「リスト」とは何か？

std::list [はい][双方向連結リスト]——[各要素には、前後の要素の]アドレスが格納されている。

▶ サンプル 4: list [基本用法] (難易度 ⭐⭐)

#include iostream
#include list

int main() {
 std::listint lst = {1, 2, 3, 4, 5};
 
 // ...
 lst.push_front(0);
 
 // ...
 lst.push_back(6);
 
 // 3
 lst.remove(3);
 
 for (int x : lst) {
 std::cout << x << " ";
 }
 std::cout << std::endl;
 
 return 0;
}

6. forward_list（[単方向連結リスト]）

(1) 6.1 forward_list とは何か？

std::forward_list [はい][単方向連結リスト]——[各要素には、1つの要素の]アドレスだけが格納される。

💡 [アドバイス]： [確実に]**[後方のみを走査すればよい]と[確信している場合]を除き、[そうでない場合は] std::listを使用してください。

7. コンテナ【選び方のガイド】

💡 [黄金律]： [優先して] std::vector を使用し、[[明確な理由]がある場合を除き]、[他のもの]を使用する。

8. 演習：[vector を使用して] 動的配列を実装する (難易度 ⭐⭐)

#include iostream
#include vector
#include string

struct Student {
 std::string name;
 int age;
 double score;
};

int main() {
 std::vectorStudent students;
 
 // ...
 students.push_back({"Alice", 20, 92.5});
 students.push_back({"Bob", 21, 88.0});
 students.push_back({"Charlie", 19, 95.0});
 
 // output
 for (const auto& s : students) {
 std::cout << "：" << s.name 
 << "，：" << s.age 
 << "，：" << s.score << std::endl;
 }
 
 return 0;
}

❓ よくある質問

Q：vector [と] array [の違いは何ですか]？ A：> - vector [サイズ][動的]、[ヒープ]上に存在する > - array [サイズ][固定]、[スタック]上に存在する > > [選択のアドバイス]： [サイズが不確定な場合]、vectorを使用；[サイズが固定でかつ小さい場合]、 array [を使用]。 Q：[なぜ] vector [の反復処理には] for [範囲指定] が推奨されるのですか？ A：[より簡潔] であり、[ループ条件] を[書き間違えにくい] からです。 > > // [従来の] for（[書き間違えやすい]条件） > for (size_t i = 0; i < vec.size(); i++) { ... } > > // [範囲] for（[簡潔]、[ミスが少ない]） > for (int x : vec) { ... } > Q：list [と] vector [どちらが速い]？ A：[状況による]： > - [もし][ランダムアクセス]が必要なら（vec[100]）、 vector [速い] > - [中間への挿入]/[削除]が必要な場合、list [速い]

Q：STL containersについて最も重要なことは何ですか？ A：まず核心概念を理解し、その後実践的な例で練習することが重要です。

📖 まとめ

• STLコンテナ[は] C++ [の標準ライブラリが提供する既製のデータ構造]
• ベクトル [最もよく使われる]（[動的]配列）
• 配列 [固定サイズのシーン用]
• deque [両端からの高速操作に対応]
• リスト [双方向連結リスト]，[頻繁な挿入]/[削除]に適している
• [優先的に] vectorを使用すること。[他に明確な理由がある場合を除き]

📝 練習問題

1. 初心者（難易度 ⭐）： [入力] std::vectorint [保存] 5 [個の整数]，[それらを順に処理して]出力する。

2. 中級（難易度 ⭐⭐）： [用] std::vectorstd::string [3つの]文字列を保存し、[ユーザーに]入力させ、[その後]出力する。

3. 上級（難易度 ⭐⭐⭐）： [用] std::deque [実現]「回文 [検出]」：

• [両端から中央に向かって比較し]、[対応する文字がすべて等しければ]、[それは] 回文である

• 例："racecar" [は] 回文、"hello" [ではない]

• STLコンテナ[分]クラス：[シーケンシャル型]（vector/list/deque）[集合・関連型]（set/map）

• ベクトル [動的]配列：[末尾の追加・削除が高速]、[ランダムアクセスに対応]

• リスト [双方向連結リスト]：[任意の位置への挿入が高速]

• map [キー]値[ペア]コンテナ：[キー順]、[検索] O(log n)

• set [集合] コンテナ：[要素一意]、[自動ソート]

9. 🚀 次は

[STLコンテナ[の基礎]を学びました]。[次は] STLアルゴリズム（[第]35[回]）を学びます―― [標準ライブラリが提供する]algorithmを使って[コンテナを操作]し、[自分でソートや検索のコードを書く必要はありません]……

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