STL容器

Posted 2020-07-10 野渡书生

1、分类

我们常用到的STL容器有vector、list、deque、map、multimap、set和multiset，它们究竟有何区别，各自的优缺点是什么，为了更好的扬长避短，提高程序性能，在使用之前需要我们了解清楚。

2、Verctor

优点：

典型的序列容器，C++标准严格要求次容器的实现内存必须是连续的，唯一可以和标准C兼容的stl容器，任意元素的读取、修改具有常数时间复杂度，在序列尾部进行插入、删除是常数时间复杂度，但在序列的头部插入、删除的时间复杂度是O(n)，可以在任何位置插入新元素，有随机访问功能，能非常方便地进行随机存取，即 [] 操作符，而且两个类型相同的vector变量可以直接做相等操作。

缺点：

a、初始化复杂：初始化方式vector<int> a(num) ，生成连续的num个0；vector<int> a(num，10),生成num个10；利用pushback（）函数；初始化方式较为复杂，不能像数组一样int a[10]={…},进行批量初始化操作；

b、删除复杂：它维护一段连续的内存空间，具有固定的起始地址，但因为它的内存区域是连续的，所以在它中间插入或删除某个元素，需要复制并移动现有的元素。

c、不适用于大对象处理：当被插入的内存空间不够时，需要重新申请一块足够大的内存并进行内存拷贝。值得注意的是，vector每次扩容为原来的两倍，对小对象来说执行效率高，但如果遇到大对象，执行效率就低了。

d、释放空间复杂：vector的工作原理是系统预先分配一块CAPACITY大小的空间，当插入的数据超过这个空间的时候，这块空间会让某种方式扩展，但是你删除数据的时候，它却不会缩小。vector为了防止大量分配连续内存的开销，保持一块默认的尺寸的内存，clear只是清数据了未清内存，因为vector的capacity容量未变化，系统维护一个的默认值。要内存回收需要更复杂的操作（swap技法就是通过交换函数swap（），使得vector离开其自身的作用域，从而强制释放vector所占的内存空间）

3、List

优点：

list类似于C语言中的双向链表，它通过指针来进行数据的访问，因此维护的内存空间可以不连续，这也非常有利于数据的随机存取，任意元素的访问、修改时间复杂度是O(n)，插入、删除操作是常数时间复杂度,可以在任何位置插入新元素。

缺点：

因而它没有提供 [] 操作符重载。

4、Deque

deque类似于C语言中的双向队列，即两端都可以插入或者删除的队列，内存是连续的，可以动态缩小空间。queue支持 [] 操作符，也就是支持随机存取，而且跟vector的效率相差无几。

它支持两端的操作：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。或者我们可以这么认为，deque是vector跟list的折中。

5、Map

map类似于数据库中的１:１关系，它是一种关联容器，提供一对一(C++ primer中文版中将第一个译为键，每个键只能在map中出现一次，第二个被译为该键对应的值)的数据处理能力，查找的时间复杂度O(logN)，这种特性了使得map类似于数据结构里的红黑二叉树。

6、Multimap

和map一样，区别是键可以重复。multimap类似于数据库中的1：N关系，它是一种关联容器,提供一对多的数据处理能力。

7、Set

set类似于数学里面的集合，不过set的集合中不包含重复的元素，这是和vector的第一个区别，第二个区别是set内部用平衡二叉树实现，便于元素查找，而vector是使用连续内存存储，便于随机存取。关联容器，元素不允许有重复，数据被组织成一棵红黑树，查找的速度非常快，时间复杂度是O(logN)

8、Multiset

multiset类似于数学里面的集合，集合中可以包含重复的元素。关联容器，和set一样，却别是允许有重复的元素，具备时间复杂度O(logN)查找功能。

9、容器优缺点：

用哪种容器的选择看起来非常繁琐，头脑中如果有个每个容器大概的模型，在选择的时候会更为轻松点。

（1）Vector的数据模型就是数组

优点：

内存和C完全兼容、高效随机访问、节省空间

缺点：

内部插入删除元素代价巨大、动态大小查过自身容量需要申请大量内存做大量拷贝。

（2） List的数据结构模型是链表

优点：

任意位置插入删除元素常量时间复杂度、两个容器融合是常量时间复杂度

缺点：

不支持随机访问、比vector占用更多的存储空间

（3）Deque的数据模型是数组和链表的折衷

优点：

高效随机访问、内部插入删除元素效率方便、两端push pop

缺点：

内存占用比较高

（4） Map、set、multimap、multiset的数据结构模型是二叉树(红黑树)

优点：

元素会按照键值排序、查找是对数时间复杂度、通过键值查元素、map提供了下标访问

10、使用原则

1）如果需要随机访问，用vector；

2）如果存储元素的数目已知，用vector；

3）需要任意位置随机插入删除，用list；

4）只有需要更多在容器的首部尾部插入删除元素，用deque；

5）元素是复杂结构用list，也可以用vector存储指针(需要额外的精力去维护内存)，看需求；

6）如果操作是基于键值，用set map；

7）如果需要经常的搜索，用map set；

8） map set的区别是map中的元素都是pair<key, value>，同时map提供下标访问。