STL容器特征总结

本文深入解析了C++ STL中的顺序容器(如vector、deque、list)与关联式容器(如set、map),详细阐述了它们的特点、操作和应用场景。同时提供了选择合适容器的建议,帮助开发者更高效地利用这些容器进行编程。

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STL中顺序容器类和关联式容器类特征:

1)vector

& 内部数据结构:连续存储,例如数组;

& 随机访问每个元素,所需时间为常量;

& 在末尾增加或删除元素所需时间与元素数目无关,在中间或开头增加或删除元素所需时间随元素数目呈线性变化;

& 可动态增减或减少元素,内存管理自动完成,但程序员可以使用reserve()成员函数来管理内存。

& vector的迭代器在内存重新分配时将失效。

2)deque

& 内部数据结构:连续存储或分段连续存储,具体依赖于实现;

& 随机访问每个元素,所需时间为常量;

& 在开头和末尾增减元素所需时间与元素数目无关,在中间增加或删除元素所需时间随元素数目呈线性变化;

& 可动态增加或减少元素,内存管理自动完成,不提供用于内存管理的成员函数;

& 增加任何元素都将使deque的迭代器失效。在deque的中间删除元素将使迭代器失效。在deque的头或尾删除元素时,只指向该元素的迭代器失效。

3)list

& 内部数据结构:双向环状链表;

& 不能随机访问一个元素;

& 可双向遍历;

& 在开头、末尾和中间任何地方增加或删除元素所需时间都为常量;

& 可动态增加或家少元素,内存管理自动完成;

& 增减任何元素都不会使迭代器失效。删除元素时,除了指向当前被删除元素的迭代器失效外,其他的都不会失效。

4)slist

& 内部数据结构:单向链表;

& 不可双向遍历,只能从前向后遍历;

& 其他特性同list相似。

(若经常需要向前遍历,选用list)

5)stack

& 适配器,它可以将任意类型的序列容器转换为一个堆栈,一般使用deque作为支持的序列容器;

& 元素只能后进先出(LIFO);

& 不支持遍历操作。

6)queue

& 适配器,它可以将任意类型的序列容器转换为一个队列,一般使用deque作为支持的序列容器。

& 元素支撑先进先出(FIFO);

& 不支持遍历操作。

7)priority_queue

& 适配器,可以将任意类型的序列容器转换为一个优先级队列,一般使用vector作为底层存储结构;

& 只能防卫第一个元素,不支持遍历操作;

& 第一个元素始终是优先级最高的元素。

建议:当需要stack、queue或priority_queue这样的数据机构时,直接使用对应的容器类,不要使用deque去做它们类似的工作。

8)set

& 键和值相等;

& 键唯一;

& 元素默认按升序排列;

& 如果迭代器指向的元素被删除,则该迭代器失效。其他任何增加、删除元素的操作都不会使迭代器失效。

9)multiset

& 键可以不唯一;

& 其他特点与set相同。

10)hash_set

& 与set相比较,它里面的元素不一定是经过排序的,而是按照所用的hash函数分派的,它能提供更快的搜索速度;

& 其他特点与set相同。

11)hash_multiset

& 键可以不唯一;

& 其他特点与hash_set相同;

12)map

& 键唯一;

& 元素默认按键的升序排列;

& 如果迭代器所指向的元素被删除,则该迭代器失效。其他任何增加、删除元素的操作都不会使迭代器失效。

13)multimap

& 键可以不唯一;

& 其他特点与map相同。

14)hash_map

& 与map比较,里面的元素不一定是按键值排序的,而是按照所用的hash函数分派的,能提供更快的搜索速度;

& 其他特点与map相同。

15)hash_multimap

& 键值不唯一;

& 其他与hash_map相同。

建议:当元素的有序搜索速度更重要时,应选用seg、multiset、map或multimap。否则,选用hash_set、hash_multiset、hash_map或hash_multimap.

            往容器中插入元素时,若元素在容器中的顺序无关紧要,请尽量加在后面。若经常需要在序列容器的开头或中间增加或删除元素,应选用list。

            对关联式容器,尽量不要使用C风格字符串(即字符指针)作为键值。如果非用不可,应显示的定义字符串比较运算符,即operator<、operator==、operator<=等;

            当容器作为参数被传递时,要采用引用传递方式。否则将调用容器的拷贝构造函数,其开销难以想象。










### STL 容器使用总结 C++ 的标准模板库 (STL) 提供了一组通用的数据结构和算法工具,极大地方便了开发者的日常编码工作。以下是关于 STL 中几个核心容器的使用方法及其适用场景的总结。 #### 常见容器分类 STL 容器可以分为三类:序列式容器、关联式容器以及无序关联式容器[^1]。 - **序列式容器**: 存储元素的方式类似于数组或其他线性数据结构。 - `std::vector`: 动态数组,支持快速随机访问,但在中间插入或删除操作较慢[^2]。 - `std::deque`: 双端队列,允许两端高效地插入和删除,但不支持连续内存分配[^3]。 - `std::list`: 双向链表,适合频繁的插入和删除操作,但不适合随机访问。 - **关联式容器**: 自动保持键值有序存储。 - `std::set` 和 `std::multiset`: 键唯一/重复集合,内部通常基于平衡二叉树实现。 - `std::map` 和 `std::multimap`: 键值对映射关系,同样依赖于红黑树等自平衡机制来维持顺序。 - **无序关联式容器**: 不保证任何特定排序次序,而是利用哈希函数提高查找速度。 - `std::unordered_set`, `std::unordered_multiset`. - `std::unordered_map`, `std::unordered_multimap`. #### 各种容器的特点对比 | 容器名称 | 插入时间复杂度 | 删除时间复杂度 | 查找时间复杂度 | |----------------|--------------------|---------------------|-----------------------| | vector | O(n), 平均O(1)* | O(n) | O(1)** | | list | O(1) | O(1) | O(n) | | deque | O(1) | O(1) | O(1)** | | set | O(log n) | O(log n) | O(log n) | | map | O(log n) | O(log n) | O(log n) | | unordered_set | Average: O(1)*** | Average: O(1)*** | Average: O(1)*** | *注解*: - *平均情况下为常数级操作, 当发生扩容时可能退化到线性级别. - **仅适用于已知索引位置的情况;对于迭代器定位则仍需遍历整个范围. - ***理想状态下的摊销成本,在最坏情况可能会达到O(n). ```cpp // 示例代码演示如何初始化并操作一些基本类型的stl容器 #include <iostream> #include <vector> #include <list> #include <map> int main(){ std::vector<int> vec = {10, 20, 30}; // 对vector的操作 vec.push_back(40); for(auto elem : vec){ std::cout << elem << ' '; } std::cout<<'\n'; // List的例子 std::list<std::string> lst {"apple", "banana"}; lst.emplace_front("orange"); for(const auto& fruit : lst){ std::cout << fruit << '\t'; } std::cout<<'\n'; // Map实例 std::map<char,int> m; m['a']=97;m['b']=98; if(m.find('c') ==m.end()) { std::cout<<"Key c not found\n"; } return 0;} ``` 上述程序展示了三种不同种类的标准模板库(STL)容器的实际应用方式.
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