(转载)众多C++容器如何挑选？

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前言

相信大家在学习C++过程中都会学习STL容器，至于容器实现的原理可以去看侯捷老师《STL源码剖析》。网上也有很多资源，为了支持正版这里就不放出来了，有需要可以评论区留言。STL容器的实现很复杂但是使用还是很一致的，相较于Java来说，C++的函数都是一致的。比如在所有容器里面调用大小值都是使用size()函数。但是Java就不是这样，处理字符串的时候是使用size()函数，处理list集合却是使用length()函数。这一点看起来很简单，但是对于开发人员来说意味着需要多记忆一个内容。在C++里面绝大多数的容器都是拥有相同的成员函数，针对那一两个异类，我们可以单独进行分析即可。
*但是这么多容器我应该选择哪一个呢？*今天就给大家弄明白。

无规律容器

对于无规律容器来说，所有数据在内部都是无规律存放的。

vector

常见的操作：

• 可以使用中括号的下标来访问其成员；
• 可以使用 data 来获得指向其内容的裸指针；
• 可以使用 capacity 来获得当前分配的存储空间的大小，以元素数量计；
• 可以使用 reserve 来改变所需的存储空间的大小，成功后 capacity()会改变；
• 可以使用 resize 来改变其大小，成功后 size() 会改变；
• 可以使用 pop_back 来删除最后一个元素；
• 可以使用 push_back 在尾部插入一个元素；
• 可以使用 insert 在指定位置前插入一个元素；
• 可以使用 erase 在指定位置删除一个元素；
• 可以使用 emplace 在指定位置构造一个元素；
• 可以使用 emplace_back 在尾部新构造一个元素。

但是vector有一个特点就是在当前分配的空间占满之后，会重新分配一个两倍大小的空间，然后将原来的元素拷贝过去。
有的人可能会问为什么不是移动过去呢？ 因为移动的话子在这过程中出现异常情况，那么原来的数据都会丢失，不满足强异常安全如果我们需要使用移动构造函数，可以进行声明然后将函数设置为noexcept。
由于vector最大的问题就是大小增长带来的移动问题，所以尽可能提前预留好足够的空间，这样可以有效地提升vector的性能。

deque

deque是指的double-ended queue
deque的接口和vector相比有以下区别：

• deque 提供 push_front、emplace_front 和 pop_front 成员函数。
• deque 不提供 data、capacity 和 reserve 成员函数。
  这是deque的内部布局：
  
  可以看到的是，大部分都是顺序存储。所以deque满足vector的一些优点，而且能够克服vector随着大小增长导致的内存数据移动问题。 并且可以头尾增删元素。

list&forward_list

list在C++里面代表双向链表。
list内部结构：

同vector相比：

• list 不提供使用下标访问其元素；
• list 提供 push_front、emplace_front 和 pop_front 成员函数；
• list 不提供 data、capacity 和 reserve 成员函数。

list的特点：不适合于遍历容器，但是对于在中间频繁插入或删除元素十分有效。
list由于自身结构的特点，一部分标准算法无法实施，所以提供了成员函数作为替代：

merge	remove	remove_if	reverse	sort	unique

既然有了一个list为什么还要来一个forward_list呢？ 由于list至少要有两个指针域会增加内存大小，而forward_list仅仅需要一个指针域。对于一些对内存敏感的项目，forward_list是一个不错的选择。
forward_list内部结构：

queue&stack

至于queue和stack都是依赖于deque的容器，也称为容器适配器。相较于deque可以双端操作来说，queue和stack都砍掉了一部分功能的操作。
queue只能在后面push()，然后在前面pop()；
stack只能在后面push()，然后在后面pop()。

为什么对于queue(stack)的pop() 只能发挥void，而不是返回容器的top元素呢？
因为pop()返回元素时，如果要满足异常安全，实现起来十分复杂。但是如果将这两步分离，则尽管pop()可能出现异常但是我们已经不关心内部的元素值了，所以出现异常是满足异常安全的。而top()是一个只读操作，满足异常安全。

有规律容器

有规律容器，数据存放的位置与数据本身有关。

priority_queue

priority_queue和queue类似都是底子是其它容器，是一个容器适配器。他的特点在于，如果使用less作为其比较模版的话，最大的数值会出现在容器的“顶部”。如果我要最小值出现在容器顶部，那么可以将比较模版修改为greater。既然说到了less比较模版，那么就来看一下less吧。

less是一个函数对象，他是通过重载operator()实现的，行为就是对指定对象进行<比较操作。

有序关联容器

有序关联容器包括set,map,multiset,multimap，内部是由红黑树实现的。

关联容器没有前后之分，但是依然提供了insert，emplace等函数。而且由于红黑树结构的特点，标准的find函数没办法实现查找功能。所以加入了几个查找函数：

• find(k) 可以找到任何一个等价于查找键 k 的元素（!(x < k || k < x)）
• lower_bound(k)
  找到第一个不小于查找键 k 的元素（!(x < k)）
• upper_bound(k) 找到第一个大于查找键 k 的元素（k < x）

无序关联容器

无序关联容器，底层是用hash函数实现的。哈希函数大家都不陌生，但是针对复杂的类，hash函数需要进行特化，使得对于不同的对象值，得到的哈希结构尽可能均匀分布。

无序关联容器包括：unordered_set,unordered_map,unordered_multiset,unordered_multimap。

无序关联容器的特点在于其性能，插入删除操作时间复杂度均为O(log(n))

array

这个array是为了和C语言里面的数组兼容而设置的。但是他和C语言的数组还有一些区别：

• C 数组没有 begin 和 end 成员函数（虽然可以使用全局的 begin 和 end 函数）；
• C 数组没有 size 成员函数；
• C 数组作为参数有退化行为，传递给另外一个函数后那个函数不再能获得 C 数组的长度和结束位置。

选择方法

根据功能选择：

需要先进先出，应选择queue；需要先进后出，应选择stack。

根据主要操作：

需要大量插入操作，应选择list；需要大量遍历操作，应选择vector,array,deque。

根据数据特征：

存在大小关系，应选择有序关联容器；数据之间不存在强关系，应选择无序关联容器。

根据数据量是否固定：

数据量不固定，应选择vector；数据量固定，应选择array。

总结

到这里都将近3000字了，但是STL的故事却不是这三两千字能够说得清楚的。虽然平时的使用中对于STL内部的结构并不需要十分清楚。但是了解的内部结构对于理解容器的一些操作有好处。正如侯捷老师说的那句：源码之前，了无秘密。

但是希望通过这一篇文章能够让大家对于C++容器能够有一个高屋建瓴的认识，对于C++容器大厦的结构有所了解。也希望通过这一篇文章能够让大家能够回答标题的那个问题，众多C++容器如何挑选？