STLのコンテナとは？基本解説と実践的な使い方

C++の標準ライブラリであるSTL（Standard Template Library）には、さまざまなデータ構造（コンテナ）が含まれています。これらのコンテナを活用することで、効率的にデータを管理し、プログラムを簡潔に記述することができます。

本記事では、STLの主要なコンテナについて、その特徴や基本操作、実践的なサンプルコードとともに解説していきます。

1. STLのコンテナの種類
2. map（連想配列）
- mapの基本操作
- 操作一覧
3. queue（待ち行列）
- 操作一覧
4. priority_queue（優先度付きキュー）
- 小さい順に取り出す priority_queue
5. set（集合）
6. stack（スタック）
7. lower_bound / upper_bound
8. まとめ

1. STLのコンテナの種類

STLのコンテナは大きく分けて3つのカテゴリーに分類されます。

シーケンスコンテナ（Sequence Containers）

データを順番に格納するコンテナ。

std::vector（動的配列）

std::deque（両端キュー）

std::list（双方向リスト）

std::forward_list（単方向リスト）

std::array（固定長配列）

連想コンテナ（Associative Containers）

キーと値のペアを管理するコンテナ。

std::map（キーの順序を保持）

std::multimap（キーの重複を許可）

std::set（重複を許さない集合）

std::multiset（重複を許可する集合）

無順序連想コンテナ（Unordered Associative Containers）

ハッシュテーブルを使用した連想コンテナ。

std::unordered_map（順序なしのマップ）

std::unordered_multimap（順序なし・キー重複可）

std::unordered_set（順序なし集合）

std::unordered_multiset（順序なし・重複可）

2. map（連想配列）

mapの基本操作

map はキーと値のペアを管理する連想配列であり、辞書のようなデータ構造です。

#include <bits/stdc++.h>
using namespace std;
int main() {
  map<string, int> score;
  score["Alice"] = 100;
  score["Bob"] = 89;
  score["Charlie"] = 95;
  cout << score.at("Alice") << endl;
  cout << score.at("Bob") << endl;
  cout << score.at("Charlie") << endl;
}

操作一覧

値の追加：map[key] = value; （O(logN)）

値の削除：map.erase(key); （O(logN)）

値の取得：map.at(key); （O(logN)）

所属判定：map.count(key); （O(logN)）

要素数の取得：map.size(); （O(1)）

3. queue（待ち行列）

queue は先入れ先出し（FIFO）のデータ構造です。

#include <bits/stdc++.h>
using namespace std;
int main() {
  queue<int> q;
  q.push(10);
  q.push(3);
  q.push(6);
  q.push(1);
  while (!q.empty()) {
    cout << q.front() << endl;
    q.pop();
  }
}

操作一覧

要素の追加：queue.push(value); （O(1)）

先頭要素の取得：queue.front(); （O(1)）

先頭要素の削除：queue.pop(); （O(1)）

要素数の取得：queue.size(); （O(1)）

4. priority_queue（優先度付きキュー）

priority_queue は最大値（または最小値）を素早く取得できるデータ構造です。

#include <bits/stdc++.h>
using namespace std;
int main() {
  priority_queue<int> pq;
  pq.push(10);
  pq.push(3);
  pq.push(6);
  pq.push(1);
  while (!pq.empty()) {
    cout << pq.top() << endl;
    pq.pop();
  }
}

小さい順に取り出す priority_queue

priority_queue<int, vector<int>, greater<int>> pq;

5. set（集合）

set は重複のないデータの集合を扱うコンテナです。

#include <bits/stdc++.h>
using namespace std;
int main() {
  set<int> S;
  S.insert(3);
  S.insert(7);
  S.insert(8);
  S.insert(10);
  S.insert(3);
  cout << "size: " << S.size() << endl;
  if (S.count(7)) cout << "found 7" << endl;
}

6. stack（スタック）

stack は後入れ先出し（LIFO）のデータ構造です。

#include <bits/stdc++.h>
using namespace std;
int main() {
  stack<int> s;
  s.push(10);
  s.push(1);
  s.push(3);
  cout << s.top() << endl;
  s.pop();
  cout << s.top() << endl;
}

7. lower_bound / upper_bound

二分探索を利用してソート済み配列内の要素を検索します。

#include <bits/stdc++.h>
using namespace std;
int main() {
  vector<int> a = {0, 10, 13, 14, 20};
  cout << *lower_bound(a.begin(), a.end(), 12) << endl;
  cout << *upper_bound(a.begin(), a.end(), 10) << endl;
}