STL几个容器的比较

2023-05-16

vector:连续内存,随机访问数据成员快,但是频繁的插入(需要移动要插入的元素的后面的所有元素)或者扩容(vector扩容后会清掉原来的数据,拷贝到新的申请的大的内存中去,特别是有比较复杂的类的时候会调用构造和析构函数极大影响性能)的操作会影响性能。vector的另一个常见的问题就是clear操作。clear函数只是把vector的size清为零,但vector中的元素在内存中并没有消除,所以在使用vector的过程中会发现内存消耗会越来越多,导致内存泄露,现在经常用的方法是swap函数来进行解决:利用swap函数,和临时对象交换,交换以后,临时对象消失,释放内存。

list:链式分布于内存中。访问数据成员很慢,需要从头逐个遍历,但是插入和删除元素不需要移动其他数据成员。

set: 对于关联容器(包括map)来说,不需要做内存拷贝和内存移动。set容器内所有元素都是以节点的方式来存储,其节点结构和链表差不多,指向父节点和子节点。在set中查找是使用二分查找,也就是 说,如果有16个元素,最多需要比较4次就能找到结果,有32个元素,最多比较5次。那么有10000个呢?最多比较的次数为log10000,最多为 14次,如果是20000个元素呢?最多不过15次。看见了吧,当数据量增大一倍的时候,搜索次数只不过多了1次,多了1/14的搜索时间而已。

deque: deque和vector类似,支持快速随机访问。二者最大的区别在于,vector只能在末端插入数据,而deque支持双端插入数据。deque的内存空间分布是小片的连续,小片间用链表相连,实际上内部有一个map的指针。deque空间的重新分配要比vector快,重新分配空间后,原有的元素是不需要拷贝的,可以认为deque是vector和list的折中。

1 如果你需要高效的随访问,而不在乎插入和删除的效率,使用vector
2 如果你需要大量的插入和删除,而不关心随即访问,则应使用list
3 如果你需要随即访问,而且关心两端数据的插入和删除,则应使用deque
4 有些地方使用set作为vector和list的替代品,因为(1)set是链式,插入和删除快.(2)set是二分法查找,随机访问成员速度也比较快。

set 和 vector的简单比较:
(1)为何map和set的插入删除效率比用其他序列容器高?

大部分人说,很简单,因为对于关联容器来说,不需要做内存拷贝和内存移动。说对了,确实如此。set容器内所有元素都是以节点的方式来存储,其节点结构和链表差不多,指向父节点和子节点。结构图可能如下:

A
  /
  B C
 / \ /
D E F G

因此插入的时候只需要稍做变换,把节点的指针指向新的节点就可以了。删除的时候类似,稍做变换后把指向删除节点的指针指向其他节点也OK了。这里的一切操作就是指针换来换去,和内存移动没有关系。

(2)为何每次insert之后,以前保存的iterator不会失效?

iterator这里就相当于指向节点的指针,内存没有变,指向内存的指针怎么会失效呢(当 然被删除的那个元素本身已经失效了)。相对于vector来说,每一次删除和插入,指针都有可能失效,调用push_back在尾部插入也是如此。因为为 了保证内部数据的连续存放,iterator指向的那块内存在删除和插入过程中可能已经被其他内存覆盖或者内存已经被释放了。即使时push_back的 时候,容器内部空间可能不够,需要一块新的更大的内存,只有把以前的内存释放,申请新的更大的内存,复制已有的数据元素到新的内存,最后把需要插入的元素 放到最后,那么以前的内存指针自然就不可用了。特别时在和find等算法在一起使用的时候,牢记这个原则:不要使用过期的iterator。

(3)当数据元素增多时,set的插入和搜索速度变化如何?

如果你知道log2的关系你应该就彻底了解这个答案。在set中查找是使用二分查找,也就是 说,如果有16个元素,最多需要比较4次就能找到结果,有32个元素,最多比较5次。那么有10000个呢?最多比较的次数为log10000,最多为 14次,如果是20000个元素呢?最多不过15次。看见了吧,当数据量增大一倍的时候,搜索次数只不过多了1次,多了1/14的搜索时间而已。你明白这 个道理后,就可以安心往里面放入元素了。

Map,Set属于标准关联容器,使用了非常高效的平衡检索二叉树:红黑树,他的插入删除效率比其他序列容器高是因为不需要做内存拷贝和内存移动,而直接替换指向节点的指针即可。

Set和Vector的区别在于Set不包含重复的数据。Set和Map的区别在于Set只含有Key,而Map有一个Key和Key所对应的Value两个元素。

Map和Hash_Map的区别是Hash_Map使用了Hash算法来加快查找过程,但是需要更多的内存来存放这些Hash桶元素,因此可以算得上是采用空间来换取时间策略。

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