STL容器读书笔记

Posted 2020-08-06 我是王小北

vector

vector维护的是一个连续线性空间

vector是动态空间，随着元素的加入会自动扩容，扩充至当前size的两倍，然后将原内容拷贝，开始在原内容之后构造新元素，并释放空间

vector提供的迭代器是 random access iterators 随机访问迭代器，vector迭代器是普通指针

list

list插入和结合（splice）操作都不会造成原有的list迭代器失效

list不能用是STL算法sort，必须使用自己的sort，因为STL sort只接受random access iterators 随机访问迭代器

deque

双向开口的连续线性空间，动态的以分段连续空间组合而成，由一段一段的定量连续空间构成

deque有一段中控器，叫map

stack和queue有deque进化而来，这两个没有迭代器

heap

heap扮演priority_queue的助手，priority_queue允许用户以任何次序推入，取出一定是数值最高的元素

push_heap：新加入的元素放在最下一层作为叶节点，上溯

pop_heap：将根节点取出，把最下一层最右元素放在根节点位置，下溯

sort_heap：不断对heap进行pop操作，达到排序效果

priority_queue

权值高者排在前面（权值通常用实值）

---

 

平衡二叉树 （AVL树）：树的深度为Ologn　　通过左旋，右旋，双旋来让树保持平衡

红黑树（RB树）：

每个节点不是红就是黑，根节点是黑，红节点的孩子一定是黑，任意节点到叶节点的路径黑节点数必须相同

时间复杂度Ologn

红黑树属于不严格平衡二叉树。说它不严格是因为它不是严格控制左、右子树高度或节点数之差小于等于1。不用严格控制高度，使得插入效率更高。红黑树插入效率比AVL树高，因为rebalance操作O(1)比AVL树O(logn)快（插入都是O(1)，删除O(1) vs O(n)）

红黑树的查询性能略微逊色于AVL树，因为他比avl树会稍微不平衡最多一层，也就是说红黑树的查询性能只比相同内容的avl树最多多一次比较，但是，红黑树在插入和删除上完爆avl树，avl树每次插入删除会进行大量的平衡度计算，而红黑树为了维持红黑性质所做的红黑变换和旋转的开销，相较于avl树为了维持平衡的开销要小得多

红黑树能够以O(log₂ n) 的时间复杂度进行搜索、插入、删除操作。此外，由于它的设计，任何不平衡都会在三次旋转之内解决。

如果插入一个node引起了树的不平衡，AVL和RB-Tree都是最多只需要2次旋转操作，即两者都是O(1)；但是在删除node引起树的不平衡时，最坏情况下，AVL需要维护从被删node到root这条路径上所有node的平衡性，因此需要旋转的量级O(logN)，而RB-Tree最多只需3次旋转，只需要O(1)的复杂度。

 

应用红黑树的关联容器：set multiset map multimap

应用哈希的关联容器：hash_set hash_map hash_multiset hash_multimap  unordered_map 

1、STL的map底层是用红黑树实现的，查找时间复杂度是log(n)；

2、STL的hash_map底层是用hash表存储的，查询时间复杂度是O(1)；

3、什么时候用map，什么时候用hash_map？

不一定常数级别的hash_map一定比log(n)级别的map要好，hash_map的hash函数以及解决地址冲突等都要耗时间，而且众所周知hash表是以空间换时间的，因而hash_map的内存消耗肯定要大，一般情况下，考虑查找速度用hash_map，考虑内存消耗用map，海量数据一般用map

set

所有元素会根据元素的键值自动排列

map

map所有元素都是pair，同时拥有value和key，pair第一个元素被视为key，第二个是value

hashtable

哈希函数构造方法：

1 直接定址： H(key) = a * key + b

2 除留余数： H(key) = key % p

3 平方取中 ……

STL中

1.对于Int,long,short char，是直接返回原值

__STL_TEMPLATE_NULL struct hash<int> {
  size_t operator()(int __x) const { return __x; }
};

 

2.对于const char *

inline size_t __stl_hash_string(const char* __s)
{
  unsigned long __h = 0; 
  for ( ; *__s; ++__s)
    __h = 5*__h + *__s;
  
  return size_t(__h);
}

 

处理冲突：

1 线性探测 用下一个可用元素 缺点容易造成大量元素在相邻散列地址上的堆积

2 再散列

3 拉链

hash_map简单实现

选择“除留取余法”作为hash函数，选择“开散列地址链”作为冲入解决算法

struct Node//地址链节点
{
    int key;//键
    int value;//值
    Node*next;//链接指针
    Node(int k,int v):key(k),value(v),next(NULL){}
};

 

#define SIZE 100 //地址链个数，足够大
class SimHash
{
    Node**map;//地址链数组
    size_t hash(int key)//hash函数，除留取余法
    {
        return key%SIZE;
    }
public:
    SimHash()
    {
        map=new Node*[SIZE];
        for(size_t i=0;i<SIZE;i++)map[i]=NULL;//初始化数组为空
    }
    ~SimHash()
    {
        for(size_t i=0;i<SIZE;i++)//清除所有节点
        {
            Node*p;
            while(p=map[i])
            {
                map[i]=p->next;
                delete p;
            }
        }
        delete[] map;//清除数组
    }
    void insert(int key,int value)
    {
        Node*f=find(key);//插入前查询
        if(f)
        {
            f->value=value;//存在键则覆盖
            return;
        }
        Node*p=map[hash(key)];//确定地址链索引
        Node*q=new Node(key,value);//创建节点
        while(p&&p->next)p=p->next;//索引到地址链末端
        if(p)p->next=q;//添加节点
        else map[hash(key)]=q;//地址链的第一个节点
    }
    void remove(int key)
    {
        Node*p=map[hash(key)];//确定地址链索引
        Node*q=NULL;//前驱指针
        while(p)
        {
            if(p->key==key)//找到键
            {
                if(q)q->next=p->next;//删除节点
                else map[hash(key)]=p->next;//删除地址链的最后一个节点
                delete p;
                break;
            }
            q=p;
            p=p->next;
        }
    }
    Node* find(int key)
    {
        Node*p=map[hash(key)];//确定地址链索引
        while(p)
        {
            if(p->key==key)break;//查询成功
            p=p->next;
        }
        return p;
    }
};

 

c++中map与unordered_map的区别

头文件

• map: #include < map >
• unordered_map: #include < unordered_map >

内部实现机理

• map： map内部实现了一个红黑树，该结构具有自动排序的功能，因此map内部的所有元素都是有序的，红黑树的每一个节点都代表着map的一个元素，因此，对于map进行的查找，删除，添加等一系列的操作都相当于是对红黑树进行这样的操作，故红黑树的效率决定了map的效率。
• unordered_map: unordered_map内部实现了一个哈希表，因此其元素的排列顺序是杂乱的，无序的

优缺点以及适用处

• map 
  
  • 优点： 
    
    • 有序性，这是map结构最大的优点，其元素的有序性在很多应用中都会简化很多的操作
    • 红黑树，内部实现一个红黑书使得map的很多操作在lgn的时间复杂度下就可以实现，因此效率非常的高
  • 缺点： 
    
    • 空间占用率高，因为map内部实现了红黑树，虽然提高了运行效率，但是因为每一个节点都需要额外保存父节点，孩子节点以及红/黑性质，使得每一个节点都占用大量的空间
  • 适用处，对于那些有顺序要求的问题，用map会更高效一些
• unordered_map 
  
  • 优点： 
    
    • 因为内部实现了哈希表，因此其查找速度非常的快
  • 缺点： 
    
    • 哈希表的建立比较耗费时间
  • 适用处，对于查找问题，unordered_map会更加高效一些，因此遇到查找问题，常会考虑一下用unordered_map

 

容器的区别

容器的分类：

• 序列式容器：vector, list, deque
• 关联式容器: set, multiset, map , multimap
• 无序容器:unordered_set, unordered_multiset, unordered_map, unordered_multimap.

 

vector和List的区别：

• vector 迭代器中元素的插入可能引起迭代器失效（扩容）；list中元素的插入和删除不会引起迭代器失效；
• vector没有提供sort成员函数，可以直接使用std::sort；std::sort要求ramdomAccessIterator，所以不能使用std::sort，但可以使用成员函数 list.sort()；
• vector可以在常数时间求得size，list则不行，内部需要通过遍历来求size，因为list提供merge,spice等操作。

 

list.sort内部使用归并排序，std::sort内部使用introSort，其内部结合了快排、堆排和插入排序。

 

vector和deque区别：

• deque可以在头部进行常数时间的插入和删除，vector不行
• deque没有容量概念，因为其内部是动态地将分段的连续空间组合而成，deque不会出现内存空间重分配的情况，只会在首部或者尾部增加新空间并连接起来。
• vector和deque都提供ramdomAccessIterator
• deque内部不连续，通过迭代器来维护其连续的假象；vector元素内部连续的，迭代器就是元素指针，很方便。

 

        vector、list、deque的适用场景：

• 默认情况使用vector，适用于大多数场景，连续数组，支持随机访问；
• 经常需要在头部或者尾部插入或移除数据，则应该采用deque；
• 经常需要在容器中部进行插入、删除和移动，则应该使用List；
• 元素无序，但提供常数时间的查找，unorderd_set,unorderd_map（内部使用hash结构实现，unordered_map适用于key-value）
• 有序有序，对数时间的查找，set,map（内部使用红黑树实现）

 

        注意：Map和unordered_map节点内部的值域是一个pair键值对，需要注意。