STL中vector，list，deque和map的区别

Posted 2023-03-26

在STL中基本容器有: string、vector、list、deque、set、map

set 和map都是无序的保存元素,只能通过它提供的接口对里面的元素进行访问

set:集合,
用来判断某一个元素是不是在一个组里面,使用的比较少
map:映射,相当于字典,把一个值映射成另一个值,如果想创建字典的话使用它好了
底层采用的是树型结构,多数使用平衡二叉树实现,查找某一值是常数时间,遍历起来效果也不错,
只是每次插入值的时候,会重新构成底层的平衡二叉树,效率有一定影响.

string、vector、list、deque、set 是有序容器

1.string

string 是basic_string<char> 的实现,在内存中是连续存放的.为了提高效率,都会有保留内存,如string s=
"abcd",这时s使用的空间可能就是255,
当string再次往s里面添加内容时不会再次分配内存.直到内容>255时才会再次申请内存,因此提高了它的性能.
当内容>255时,string会先分配一个新内存,然后再把内容复制过去,再复制先前的内容.

对string的操作,如果是添加到最后时,一般不需要分配内存,所以性能最快;
如果是对中间或是开始部分操作,如往那里添加元素或是删除元素,或是代替元素,这时需要进行内存复制,性能会降低.

如果删除元素,string一般不会释放它已经分配的内存,为了是下次使用时可以更高效.

由于string会有预保留内存,所以如果大量使用的话,会有内存浪费,这点需要考虑.还有就是删除元素时不释放过多的内存,这也要考虑.

string中内存是在堆中分配的,所以串的长度可以很大,而char[]是在栈中分配的,长度受到可使用的最大栈长度限制.

如果对知道要使用的字符串的最大长度,那么可以使用普通的char[],实现而不必使用string.
string用在串长度不可知的情况或是变化很大的情况.

如果string已经经历了多次添加删除,现在的尺寸比最大的尺寸要小很多,想减少string使用的大小,可以使用:
string s =
"abcdefg";
string y(s); // 因为再次分配内存时,y只会分配与s中内容大一点的内存,所以浪费不会很大
s.swap(y);
// 减少s使用的内存

如果内存够多的话就不用考虑这个了

capacity是查看现在使用内存的函数
大家可以试试看string分配一个一串后的capacity返回值,还有其它操作后的返回值

2.vector

vector就是动态数组.它也是在堆中分配内存,元素连续存放,有保留内存,如果减少大小后内存也不会释放.如果新值>当前大小时才会再分配内存.

它拥有一段连续的内存空间，并且起始地址不变，因此它能非常好的支持随即存取，即[]操作符，但由于它的内存空间是连续的，所以在中间进行插入和删除会造成内存块的拷贝，另外，当该数组后的内存空间不够时，需要重新申请一块足够大的内存并进行内存的拷贝。这些都大大影响了vector的效率。

对最后元素操作最快(在后面添加删除最快 ),
此时一般不需要移动内存,只有保留内存不够时才需要
对中间和开始处进行添加删除元素操作需要移动内存,如果你的元素是结构或是类,那么移动的同时还会进行构造和析构操作，所以性能不高
（最好将结构或类的指针放入vector中，而不是结构或类本身，这样可以避免移动时的构造与析构)。
访问方面,对任何元素的访问都是O(1),也就是是常数的,所以vector常用来保存需要经常进行随机访问的内容,并且不需要经常对中间元素进行添加删除操作.

相比较可以看到vector的属性与string差不多,同样可以使用capacity看当前保留的内存,使用swap来减少它使用的内存.

总结
需要经常随机访问请用vector

3.list

list就是双向链表,元素也是在堆中存放,每个元素都是放在一块内存中,它的内存空间可以是不连续的，通过指针来进行数据的访问，这个特点使得它的随即存取变的非常没有效率，因此它没有提供[]操作符的重载。但由于链表的特点，它可以以很好的效率支持任意地方的删除和插入。

list没有空间预留习惯,所以每分配一个元素都会从内存中分配,每删除一个元素都会释放它占用的内存.

list在哪里添加删除元素性能都很高,不需要移动内存,当然也不需要对每个元素都进行构造与析构了,所以常用来做随机操作容器.
但是访问list里面的元素时就开始和最后访问最快
访问其它元素都是O(n)
,所以如果需要经常随机访问的话,还是使用其它的好

总结
如果你喜欢经常添加删除大对象的话,那么请使用list
要保存的对象不大,构造与析构操作不复杂,那么可以使用vector代替
list<指针>完全是性能最低的做法,这种情况下还是使用vector<指针>好,因为指针没有构造与析构,也不占用很大内存

4.deque

deque是一个双端队列(double-ended
queue)，也是在堆中保存内容的.它的保存形式如下:
[堆1]
...
[堆2]
...
[堆3]

每个堆保存好几个元素,然后堆和堆之间有指针指向,看起来像是list和vector的结合品,不过确实也是如此
deque可以让你在前面快速地添加删除元素,或是在后面快速地添加删除元素,然后还可以有比较高的随机访问速度
它支持[]操作符，也就是支持随即存取，可以让你在前面快速地添加删除元素,或是在后面快速地添加删除元素,然后还可以有比较高的随机访问速度,和vector的效率相差无几，它支持在两端的操作：push_back,push_front,pop_back,pop_front等，并且在两端操作上与list的效率也差不多。
在标准库中vector和deque提供几乎相同的接口,在结构上它们的区别主要在于这两种容器在组织内存上不一样,deque是按页或块来分配存储器的,每页包含固定数目的元素.相反vector分配一段连续的内存,vector只是在序列的尾段插入元素时才有效率,而deque的分页组织方式即使在容器的前端也可以提供常数时间的insert和erase操作,而且在体积增长方面也比vector更具有效率

总结：
vector是可以快速地在最后添加删除元素,并可以快速地访问任意元素
list是可以快速地在所有地方添加删除元素,但是只能快速地访问最开始与最后的元素
deque在开始和最后添加元素都一样快,并提供了随机访问方法,像vector一样使用[]访问任意元素,但是随机访问速度比不上vector快,因为它要内部处理堆跳转
deque也有保留空间.另外,由于deque不要求连续空间,所以可以保存的元素比vector更大,这点也要注意一下.还有就是在前面和后面添加元素时都不需要移动其它块的元素,所以性能也很高。

因此在实际使用时，如何选择这三个容器中哪一个，应根据你的需要而定，一般应遵循下面
的原则：
1、如果你需要高效的随即存取，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，而不关心随即存取，则应使用list
3、如果你需要随即存取，而且关心两端数据的插入和删除，则应使用deque。 参考技术A 1 vector

向量 相当于一个数组
在内存中分配一块连续的内存空间进行存储。支持不指定vector大小的存储。STL内部实现时，首先分配一个非常大的内存空间预备进行存储，即capacituy（）函数返回的大小，当超过此分配的空间时再整体重新放分配一块内存存储，这给人以vector可以不指定vector即一个连续内存的大小的感觉。通常此默认的内存分配能完成大部分情况下的存储。
优点：(1) 不指定一块内存大小的数组的连续存储，即可以像数组一样操作，但可以对此数组
进行动态操作。通常体现在push_back() pop_back()
(2) 随机访问方便，即支持[ ]操作符和vector.at()
(3) 节省空间。
缺点：(1) 在内部进行插入删除操作效率低。
(2) 只能在vector的最后进行push和pop，不能在vector的头进行push和pop。
(3) 当动态添加的数据超过vector默认分配的大小时要进行整体的重新分配、拷贝与释
放

2 list
双向链表
每一个结点都包括一个信息快Info、一个前驱指针Pre、一个后驱指针Post。可以不分配必须的内存大小方便的进行添加和删除操作。使用的是非连续的内存空间进行存储。
优点：(1) 不使用连续内存完成动态操作。
(2) 在内部方便的进行插入和删除操作
(3) 可在两端进行push、pop
缺点：(1) 不能进行内部的随机访问，即不支持[ ]操作符和vector.at()
(2) 相对于verctor占用内存多

3 deque
双端队列 double-end queue
deque是在功能上合并了vector和list。
优点：(1) 随机访问方便，即支持[ ]操作符和vector.at()
(2) 在内部方便的进行插入和删除操作
(3) 可在两端进行push、pop
缺点：(1) 占用内存多

使用区别：
1 如果你需要高效的随即存取，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，而不关心随即存取，则应使用list
3 如果你需要随即存取，而且关心两端数据的插入和删除，则应使用deque