STL中Vector、Map、Set容器的实现原理

本文详细介绍了C++标准模板库(STL)中的三种主要容器:Vector、Map与Set的功能及特性。Vector是一种动态数组,支持随机访问,但在插入操作时效率较低。Map和Set为关联容器,分别用于存储键值对和单一关键字,两者均采用红黑树结构实现,支持高效的查找、插入和删除操作。

1、Vector是顺序容器,是一个动态数组,支持随机存取、插入、删除、查找等操作,在内存中是一块连续的空间。在原有空间不够情况下自动分配空间,增加为原来的两倍。vector随机存取效率高,但是在vector插入元素,需要移动的数目多,效率低下。

注意:vector动态增加大小时,并不是在原空间之后持续新空间(因为无法保证原空间之后尚有可供配置的空间),而是以原大小的两倍另外配置一块较大的空间,然后将原内容拷贝过来,然后才开始在原内容之后构造新元素,并释放原空间。因此,对vector的任何操作,一旦引起空间重新配置,指向原vector的所有迭代器就都失效了。


2、Map是关联容器,以键值对的形式进行存储,方便进行查找。关键词起到索引的作用,值则表示与索引相关联的数据。以红黑树的结构实现,插入删除等操作都在O(logn)时间内完成。

注意:map的下标操作,其行为与vector很不相同:使用一个不在容器中关键字作为下标,会添加一个含有此关键字的元素到map中。一般使用find函数代替下标操作。

3、Set是关联容器,set中每个元素只包含一个关键字。set支持高效的关键字查询操作——检查一个给定的关键字是否在set中。set也是以红黑树的结构实现,支持高效插入、删除等操作。


关于Map、Set,STL提供8个关联容器,这8个关联容器的不同之处体现在三个维度上面:

  1. 或者是一个set,或者是一个map
  2. 或者要求不重复的关键字,或者允许重复的关键字
  3. 按顺序保存,或无序保存
8个关联容器分别是:
按关键字有序保存元素

map
关联数组,保存关键字-对
set
关键字即值,即只保存关键字的容器
multimap
关键字可重复出现的map
multiset
关键字可重复出现的set
无序集合

unordered_map
用哈希函数组织的map
unordered_set
用哈希函数组织的set
unordered_multimap
哈希组织map,关键字可重复出现
unordered_multiset
哈希组织set,关键字可重复出现

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