Vector的效率问题

我们再来看看另外一个常用的Java类——java.util.Vector。简单地说,一个Vector就是一个java.lang.Object实例的数组。Vector与数组相似,它的元素可以通过整数形式的索引访问。但是,Vector类型的对象在创建之后,对象的大小能够根据元素的增加或者删除而扩展、缩小,请考虑下面这个向Vector加入元素的例子:

Object obj = new Object();
?Vector v = new Vector(100000);
?for(int I=0;
?I<100000; I++) { v.add(0,obj); }

除非有绝对充足的理由要求每次都把新元素插入到Vector的前面,否则上面的代码对性能不利。在默认构造函数中,Vector的初始存储能力是10个元素,如果新元素加入时存储能力不足,则以后存储能力每次加倍。Vector类就象StringBuffer类一样,每次扩展存储能力时,所有现有的元素都要复制到新的存储空间之中。下面的代码片段要比前面的例子快几个数量级:

Object obj = new Object();
Vector v = new Vector(100000);
for(int I=0; I<100000; I++) { v.add(obj); }

同样的规则也适用于Vector类的remove()方法。由于Vector中各个元素之间不能含有“空隙”,删除除最后一个元素之外的任意其他元素都导致被删除元素之后的元素向前移动。也就是说,从Vector删除最后一个元素要比删除第一个元素“开销”低好几倍。

假设要从前面的Vector删除所有元素,我们可以使用这种代码:

for(int I=0; I<100000; I++){ v.remove(0); }

但是,与下面的代码相比,前面的代码要慢几个数量级:

for(int I=0; I<100000; I++){ v.remove(v.size()-1); }

从Vector类型的对象v删除所有元素的最好方法是:

v.removeAllElements();

假设Vector类型的对象v包含字符串“Hello”。考虑下面的代码,它要从这个Vector中删除“Hello”字符串:

String s = "Hello"; int i = v.indexOf(s); if(I != -1) v.remove(s);

这些代码看起来没什么错误,但它同样对性能不利。在这段代码中,indexOf()方法对v进行顺序搜索寻找字符串“Hello”,remove(s)方法也要进行同样的顺序搜索。改进之后的版本是:

String s = "Hello"; int i = v.indexOf(s); if(I != -1) v.remove(i);

这个版本中我们直接在remove()方法中给出待删除元素的精确索引位置,从而避免了第二次搜索。一个更好的版本是:

String s = "Hello"; v.remove(s);


最后,我们再来看一个有关Vector类的代码片段:

for(int I=0; I<v.size();I++ );

如果v包含100,000个元素,这个代码片段将调用v.size()方法100,000次。虽然size方法是一个简单的方法,但它仍旧需要一次方法调用的开销,至少JVM需要为它配置以及清除堆栈环境。在这里,for循环内部的代码不会以任何方式修改Vector类型对象v的大小,因此上面的代码最好改写成下面这种形式:

int size = v.size(); for(int I=0; I<size ; I++ );

虽然这是一个简单的改动,但它仍旧赢得了性能。毕竟,每一个CPU周期都是宝贵的。

拙劣的代码编写方式导致代码性能下降。但是,正如本文例子所显示的,我们只要采取一些简单的措施就能够显著地改善代码性能。
### C++ Vector Erase 操作的时间复杂度与性能分析 在 C++ 中,`std::vector` 的 `erase` 方法用于移除指定位置或范围内的元素。此方法的时间复杂度取决于被删除元素的位置以及后续元素的数量。 当调用 `erase` 删除单个元素时,时间复杂度为 O(n),其中 n 是从该元素到向量末尾的元素数量[^1]。这是因为每次删除都会触发内存移动操作,即将后面所有的元素向前挪动一位来填补空缺。对于连续存储的数据结构而言,这是不可避免的操作成本。 如果要移除的是多个相邻元素,则只需一次整体性的前移处理即可完成清理工作,因此在这种情况下效率相对较高一些。然而,最坏情形下仍然会涉及到整个容器内剩余部分数据的整体迁移过程。 下面是一个简单的例子展示如何使用 lambda 表达式配合标准库算法实现批量清除特定条件下的元素: ```cpp #include <algorithm> #include <iostream> #include <set> #include <vector> int main() { std::set<int> blacklist = {7, 8, 9}; std::vector<int> digits = {3, 9, 1, 8, 4, 7, 1}; // 使用 remove_if 和 erase 组合方式去除存在于黑名单中的数字 auto new_end = std::remove_if( digits.begin(), digits.end(), [&blacklist](int i) { return blacklist.find(i) != blacklist.end(); } ); digits.erase(new_end, digits.end()); for (auto d : digits) { std::cout << d << ' '; } return 0; } ``` 值得注意的是,在实际开发过程中应当权衡不同工具集的选择。虽然 STL 提供了强大的功能组合,但在某些场景下与其他框架(如 Qt)集成可能会带来额外开销并影响最终程序的表现效果[^2]。此外,考虑到异常安全性和通用组件设计原则等因素的影响,开发者也需要谨慎对待可能发生的错误情况及其应对策略[^3]。
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