C++ STL容器总结

Hints:在本文中，重点总结的是各个容器中增删查的算法时间复杂度。

在c++中，容器指的是可以容纳各类数据类型的通用数据数据结构，是类模板。 好比set类模板：

template <class _Key, class _Compare = less<_Key>, class _Allocator = allocator<_Key> > class _LIBCPP_TYPE_VIS_ONLY set 复制代码

C++的容器主要分为三种：

• 顺序容器
• 关联容器
• 容器适配器

而访问容器元素咱们须要迭代器（引入容器头文件就能够了，不须要单独由于头文件），迭代器有如下几个属性：

• 用于指向顺序容器和关联容器的元素
• 用法和指针相似
• 有const（容器类名::iterator 变量名）和非const两种(容器类名::const_iterator 变量名)
• 经过迭代器能够读取它指向的元素
• 非const迭代器和能够修改其指向的元素

顺序容器

何为顺序容器，也就是说元素的位置是顺序插入的，插入位置与元素的值无关,核心是容器没有排序。 顺序容器都具备如下10个成员函数：

#返回迭代器
begin
end
rbegin  //返回指向最后一个元素的迭代器
rend
#返回元素引用
front
back
#其余
erase（删除区间时返回被删除元素后面的迭代器；也可删除一个或几个元素）
clear
push_back
pop_back
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顺序容器有如下三种：

1.vector动态数组 头文件<vetor>

元素在内存中是连续存放的。

随机存取时间：常数时间（由于能够经过下标直接访问到地址）。

在尾部增删元素一般是常数时间（正常是常数时间，若是超出了默认分配的元素个数，会从新分配存储空间，此时会消耗更多时间)。

在中间或者头部增删元素：o(n)（会移动其余元素的位置）。

迭代器类型：随机访问(支持下标访问、随机移动，例：a[i])。

查询时间：o(n)（由于没有排序，只能现行查找，效率较低）。

可见vector在中间或者头部增删元素性能较低。

优势：内存和C彻底兼容、高效随机访问、节省空间

缺点：内部插入删除元素代价巨大、动态大小查过自身容量须要申请大量内存作大量拷贝。

构造函数：

vector();
 vector(int n);
 vector(int n, const T &a); //把n个元素初始化为a
 vector(iterator first,iterator last); //初始化为其余容器上区间[first,last)一致的内容
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经常使用成员函数

void pop_back();
void push_back(const T &val);
int size();
T & font();
T & back();
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deque[读:dek，以前常常读dkju:]双向队列 头文件<deque>

元素在内存中连续存放（连续内存的容器有个明显的缺点，就是有新元素插入或老元素删除的时候，为了给新元素腾出位置或者填充老元素的空缺，同一块内存中的其余数据须要进行总体的移位，这种移位的拷贝代价有时是很是巨大的。deque其实是分配到不一样内存块，经过链表把内存块连在一块儿，再进行连续存放，是list与vector的折中）。

随机存取时间：常数时间（仅次于vector，由于有可能存在尾部的内存位置在头部以前的场景）。

在两端增删元素一般是常数时间。（deque不像vector没有容量，不须要从新分配内存空间。这是由于deque由动态分配的连续空间，即缓冲区，组合而成，随时能够增长一段新的空间连接起来。它没有必要像vector那样“因旧空间不足而从新分配2倍的空间，而后复制元素，再释放旧空间”。当从新分配缓冲区时，耗时增长）。

在中间插入：时间复杂度较高。

迭代器类型：随机访问（效率低于vector）。

查询时间：o(n)（缘由同上）。

**优势：高效随机访问、内部插入删除元素效率方便、两端push、pop效率很高 **

**缺点：内存占用比较高 **

list双向链表 头文件<list>

元素在内存中不连续分配（由于指针能够获取先后元素的地址），因此不支持随机存取。

在任何位置增删元素时间：常数时间。

查询时间：o(n)（缘由同上）。

迭代器类型：双向(不支持下标访问,不支持迭代器的比较运算符，和+-运算符)

优势：任意位置插入删除元素常量时间复杂度、两个容器融合是常量时间复杂度

缺点：不支持随机访问、比vector占用更多的存储空间

经常使用成员函数：（注意这些在顺序容器中都是list独有的）

push_front
pop_front
sort   //不支持STLsort算法
remove
unique
merge
reverse
splice
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特别说明，list的sort函数有无参和compare两个版本

list<T> classname
classname.sort(compare);  //compare自定义
classname.sort();
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关联容器（迭代器类型：双向）

关联的意思就是元素是排序的。

插入与检索元素时间： o(log(N))（由于经过红黑二叉树实现，时间与平衡二叉树一致）。

须要注意的是，STL中有些算法好比sort，binary_search须要经过随机访问迭代器访问容器中的元素，所以list以及关联容器就不能支持该算法！

主要包括如下4种：

• set
• multiset
• map
• multimap

除了个容器都有的成员函数外，它们都有如下成员函数

find
lower_bound
upper_bound
equal_range
count
insert
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map与set的不一样点在于，map中存放的元素有且仅有两个成员变量，first(相似于key),second(相似于value),map能够根据first对元素排序和检索。

set与multiset的不一样在于，后者容许存在相同值的元素。 map与multimap的不一样在于，后者容许存在相同的first值的元素。

容器适配器（不支持迭代器）

这个概念听起来有点抽象，其实就是STL帮咱们抽象了实际工做中所须要的数据操做方式。举个栗子，交流电能够有任意的传输电压，可是实际生活中咱们只须要220v就够了，变压器帮咱们实现了这个基本的功能。同理，容器的操做方式多种多样，可是其实咱们只须要他们按照实际的一些规范来操做便可。

他们都有如下3个成员函数：

push
top
pop
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STL中的排序，查找，变序算法都不适合容器适配器（由于容器适配器的元素位置不可随意改变，而且访问有必定的访问规则，不支持随机访问）。

stack 栈 头文件<stack>

是一个有限序列，并知足序列中被删除、检索和修改的项只能是最近插入序列的项（栈顶项）。也即，先进先出LIFO。

能够用vector,deque，list（性能最差）实现，编译器缺省是用deque实现的。

好比，在程序调试中，错误堆栈就是一种应用。

queue 队列 头文件 <queue>

插入只能够在尾部进行，删除、检索和修改只容许从头部进行。先进先出FIFO。

queue因为pop，push发生在对头，因此不能用vector实现，能够用list，deque实现，编译器缺省用deque实现。

好比，应用于须要保证消息顺序性的场景，如消息队列。

priority_queue 优先级队列 头文件<queue>

最高优先级元素老是第一个出列。

它需采用堆排序来保证元素老是在最前面，所以要求随机访问，因此不能使用list实现，能够用vector和deque实现，编译器缺省状况下用vector实现。

好比，操做系统的线程的调度算法，有的是按照优先级来调度的。

总结

• 若是须要随机访问，用vector

• 若是存储元素的数目已知，用vector

• 须要任意位置随机插入删除，用list

• 常常在容器的首部尾部插入删除元素，用deque

• 元素结构复杂用list，也能够用vector存储指针(须要额外的精力去维护内存)，看需求

• 若是操做是基于键值，用set/map

• 若是须要常常的搜索，用map/set

参考:

C++ STL容器时间复杂度下的最佳选择

深刻理解deque容器

优先队列及最小堆最大堆