NO.14|C++STL|动态链接|map|unordered_map|vector|list|set|push_back|emplace_back(C++)

原创于 2025-03-23 15:51:27 发布

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#c++ #list #开发语言

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说说 STL 容器动态链接可能产生的问题

参考回答

可能产生的问题
容器是一种动态分配内存空间的一个变量集合类型变量。在一般的程序函数里，局部容器，参数传递容器，参数传递容器的引用，参数传递容器指针都是可以正常运行的，而在动态链接库函数内部使用容器也是没有问题的，但是给动态库函数传递容器的对象本身，则会出现内存堆栈破坏的问题。
产生问题的原因
容器和动态链接库相互支持不够好，动态链接库函数中使用容器时，参数中只能传递容器的引用，并且要保证容器的大小不能超出初始大小，否则导致容器自动重新分配，就会出现内存堆栈破坏问题

说说 map 和 unordered_map 的区别？底层实现

参考回答

map和unordered_map的区别在于他们的实现基理不同。

map实现机理
map内部实现了一个红黑树（红黑树是非严格平衡的二叉搜索树，而AVL是严格平衡二叉搜索树），红黑树有自动排序的功能，因此map内部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的操作。map中的元素是按照二叉树（又名二叉查找树、二叉排序树）存储的，特点就是左子树上所有节点的键值都小于根节点的键值，右子树所有节点的键值都大于根节点的键值。使用中序遍历可将键值按照从小到大遍历出来。
unordered_map实现机理
unordered_map内部实现了一个哈希表（也叫散列表），通过把关键码值映射到Hash表中一个位置来访问记录，查找时间复杂度可达O（1），其中在海量数据处理中有着广泛应用。因此，元素的排列顺序是无序的

说说 vector 和 list 的区别，分别适用于什么场景

vector和list区别在于底层实现机理不同，因而特性和适用场景也有所不同。

vector：一维数组

特点：元素在内存连续存放，动态数组，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。
优点：和数组类似开辟一段连续的空间，并且支持随机访问，所以它的查找效率高其时间复杂度
O(1)。
缺点：由于开辟一段连续的空间，所以插入删除会需要对数据进行移动比较麻烦，时间复杂度
O（n），另外当空间不足时还需要进行扩容。

list：双向链表

特点：元素在堆中存放，每个元素都是存放在一块内存中，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。
优点：底层实现是循环双链表，当对大量数据进行插入删除时，其时间复杂度O(1)。
缺点：底层没有连续的空间，只能通过指针来访问，所以查找数据需要遍历其时间复杂度O（n），
没有提供[]操作符的重载。

应用场景

vector拥有一段连续的内存空间，因此支持随机访问，如果需要高效的随即访问，而不在乎插入和删除的效率，使用vector。
list拥有一段不连续的内存空间，如果需要高效的插入和删除，而不关心随机访问，则应使用list

简述 vector 的实现原理

参考回答

vector底层实现原理为一维数组（元素在空间连续存放）。

新增元素
Vector通过一个连续的数组存放元素，如果集合已满，在新增数据的时候，就要分配一块更大
的内存，将原来的数据复制过来，释放之前的内存，在插入新增的元素。插入新的数据分在最后插入push_back和通过迭代器在任何位置插入，这里说一下通过迭代器插入，通过迭代器与第一个元素的距离知道要插入的位置，即int index=iter-begin()。这个元素后面的所有元素都向后移动一个位置，在空出来的位置上存入新增的元素。

//新增元素  
void insert(const_iterator iter,const T& t )  
{  
	int index=iter-begin();  
	if (index<size_)  
	{  
		if (size_==capacity_)  
		{  
			int capa=calculateCapacity();  
			newCapacity(capa);  
		} 
		memmove(buf+index+1,buf+index,(size_-index)*sizeof(T));  
		buf[index]=t;  
		size_++;  
	}  
}

删除元素
删除和新增差不多，也分两种，删除最后一个元素pop_back和通过迭代器删除任意一个元素erase(iter)。通过迭代器删除还是先找到要删除元素的位置，即int index=iter-begin();这个位置后面的每个元素都想前移动一个元素的位置。同时我们知道erase不释放内存只初始化成默认值。
删除全部元素clear：只是循环调用了erase，所以删除全部元素的时候，不释放内存。内存是在析构函数中释放的。

//删除元素  
iterator erase(const_iterator iter)  
{  
	int index=iter-begin();  
	if (index<size_ && size_>0)  
	{  
		memmove(buf+index ,buf+index+1,(size_-index)*sizeof(T));  
		buf[--size_]=T();  
	} 
	return iterator(iter);  
}

迭代器iteraotr
迭代器iteraotr是STL的一个重要组成部分,通过iterator可以很方便的存储集合中的元素.STL为每个集合都写了一个迭代器, 迭代器其实是对一个指针的包装,实现一些常用的方法,如++,--,!=,==,*,->等, 通过这些方法可以找到当前元素或是别的元素. vector是STL集合中比较特殊的一个,因为vector中的每个元素都是连续的,所以在自己实现vector的时候可以用指针代替。

//迭代器的实现  
template<class _Category,class _Ty,class _Diff = ptrdiff_t,class _Pointer = _Ty *,class _Reference = _Ty&>  
struct iterator  
{  
	// base type for all iterator classes  
	typedef _Category iterator_category;  
	typedef _Ty value_type;  
	typedef _Diff difference_type;  
	typedef _Diff distance_type;   // retained
	typedef _Pointer pointer;
	typedef _Reference reference;  
};

简述 STL 中的 map 的实现原理

参考回答

map是关联式容器，它们的底层容器都是红黑树。map 的所有元素都是 pair，同时拥有实值
（value）和键值（key）。pair 的第一元素被视为键值，第二元素被视为实值。所有元素都会根据元素的键值自动被排序。不允许键值重复。

map的特性如下
（1）map以RBTree作为底层容器；
（2）所有元素都是键+值存在；
（3）不允许键重复；
（4）所有元素是通过键进行自动排序的；
（5）map的键是不能修改的，但是其键对应的值是可以修改的

C++ 的 vector 和 list中，如果删除末尾的元素，其指针和迭代器如何变化？若删除的是中间的元素呢

参考回答

迭代器和指针之间的区别
迭代器不是指针，是类模板，表现的像指针。他只是模拟了指针的一些功能，重载了指针的一
些操作符，–>、++、–等。迭代器封装了指针，是一个”可遍历STL（ Standard Template
Library）容器内全部或部分元素”的对象，本质是封装了原生指针，是指针概念的一种提升，提供了比指针更高级的行为，相当于一种智能指针，他可以根据不同类型的数据结构来实现不同的++，–等操作。
迭代器返回的是对象引用而不是对象的值，所以cout只能输出迭代器使用取值后的值而不能直接输出其自身。
vector和list特性
vector特性动态数组。元素在内存连续存放。随机存取任何元素都在常数时间完成。在尾端增删元素具有较大的性能（大部分情况下是常数时间）。
list特性双向链表。元素在内存不连续存放。在任何位置增删元素都能在常数时间完成。不支持随机存取。
vector增删元素
对于vector而言，删除某个元素以后，该元素后边的每个元素的迭代器都会失效，后边每个元素都往前移动一位，erase返回下一个有效的迭代器。
list增删元素
对于list而言，删除某个元素，只有“指向被删除元素”的那个迭代器失效，其它迭代器不受任何影响。

请你来说一下 map 和 set 有什么区别，分别又是怎么实现的

参考回答

set是一种关联式容器，其特性如下：
（1）set以RBTree作为底层容器
（2）所得元素的只有key没有value，value就是key
（3）不允许出现键值重复
（4）所有的元素都会被自动排序
（5）不能通过迭代器来改变set的值，因为set的值就是键，set的迭代器是const的
map和set一样是关联式容器，其特性如下：
（1）map以RBTree作为底层容器
（2）所有元素都是键+值存在
（3）不允许键重复
（4）所有元素是通过键进行自动排序的
（5）map的键是不能修改的，但是其键对应的值是可以修改的
综上所述，map和set底层实现都是红黑树；map和set的区别在于map的值不作为键，键和值是分开的

说说 push_back 和 emplace_back 的区别

参考回答

如果要将一个临时变量push到容器的末尾，push_back()需要先构造临时对象，再将这个对象拷贝到容器的末尾，而emplace_back()则直接在容器的末尾构造对象，这样就省去了拷贝的过程。

答案解析

参考代码

#include <iostream>  
#include <cstring>  
#include <vector>  
using namespace std;  
class A {  
public:  
	A(int i){  
		str = to_string(i);  
		cout << "构造函数" << endl;  
	} 
	~A()
	{
	}  
	A(const A& other): str(other.str){  
		cout << "拷贝构造" << endl;  
	}
public:  
	string str;  
};  
int main()  
{  
	vector<A> vec;  
	vec.reserve(10);  
	for(int i=0;i<10;i++){  
		vec.push_back(A(i)); //调用了10次构造函数和10次拷贝构造函数,  
		// vec.emplace_back(i); //调用了10次构造函数一次拷贝构造函数都没有调用过  
	}  
}

STL 中 vector 与 list 具体是怎么实现的？常见操作的时间复杂度是多少

参考回答

vector 一维数组（元素在内存连续存放）
是动态数组，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；如果新增大小当前大小时才会重新分配内存。
扩容方式：
a. 倍放开辟三倍的内存
b. 旧的数据开辟到新的内存
c. 释放旧的内存
d. 指向新内存
list 双向链表（元素存放在堆中）
元素存放在堆中，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，使得它的随机存取变得非常没有效率，因此它没有提[]操作符的重载。但是由于链表的特点，它可以很有效的支持任意地方的删除和插入操作。
特点：
a. 随机访问不方便
b. 删除插入操作方便
常见时间复杂度
（1）vector插入、查找、删除时间复杂度分别为：O(n)、O(1)、O(n)；
（2）list插入、查找、删除时间复杂度分别为：O(1)、O(n)、O(1)