c++ STL容器初探(二)

2015-07-20 17:08:01 ? 作者: ? 浏览: 9
vector 把所有的对象保存在一块连续的内存块,而是采用多个连续的存储块,并且在一个映射结构中保存对这些块及其顺序的跟踪。向deque 两端添加或删除元素的开销很小。它不需要重新分配空间,所以向末端增加元素比vector 更有效。

实际上,deque 是对vector 和list 优缺点的结合,它是处于两者之间的一种容器。

deque 的特点:
(1) 随机访问方便,即支持[ ] 操作符和vector.at() ,但性能没有vector 好;
(2) 可以在内部进行插入和删除操作,但性能不及list ;
(3) 可以在两端进行push 、pop ;

三者的比较

下图描述了vector 、list 、deque 在内存结构上的特点:

vector 是一段连续的内存块,而deque 是多个连续的内存块, list 是所有数据元素分开保存,可以是任何两个元素没有连续。

vector 的查询性能最好,并且在末端增加数据也很好,除非它重新申请内存段;适合高效地随机存储。

list 是一个链表,任何一个元素都可以是不连续的,但它都有两个指向上一元素和下一元素的指针。所以它对插入、删除元素性能是最好的,而查询性能非常差;适合 大量地插入和删除操作而不关心随机存取的需求。

deque 是介于两者之间,它兼顾了数组和链表的优点,它是分块的链表和多个数组的联合。所以它有被list 好的查询性能,有被vector 好的插入、删除性能。 如果你需要随即存取又关心两端数据的插入和删除,那么deque 是最佳之选。

关联容器

set, multiset, map, multimap 是一种非线性的树结构,具体的说采用的是一种比较高效的特殊的平衡检索二叉树—— 红黑树结构。(至于什么是红黑树,我也不太理解,只能理解到它是一种二叉树结构)

因为关联容器的这四种容器类都使用同一原理,所以他们核心的算法是一致的,但是它们在应用上又有一些差别,先描述一下它们之间的差别。

set,又称集合,实际上就是一组元素的集合,但其中所包含的元素的值是唯一的,且是按一定顺序排列的,集合中的每个元素被称作集合中的实例。因为其内部是通过链表的方式来组织,所以在插入的时候比vector 快,但在查找和末尾添加上被vector 慢。

multiset ,是多重集合,其实现方式和set 是相似的,只是它不要求集合中的元素是唯一的,也就是说集合中的同一个元素可以出现多次。

map,提供一种“键- 值”关系的一对一的数据存储能力。其“键”在容器中不可重复,且按一定顺序排列(其实我们可以将set 也看成是一种键- 值关系的存储,只是它只有键没有值。它是map 的一种特殊形式)。由于其是按链表的方式存储,它也继承了链表的优缺点。

multimap , 和map 的原理基本相似,它允许“键”在容器中可以不唯一。

关联容器的特点是明显的,相对于顺序容器,有以下几个主要特点:

1, 其内部实现是采用非线性的二叉树结构,具体的说是红黑树的结构原理实现的;

2, set 和map 保证了元素的唯一性,mulset 和mulmap 扩展了这一属性,可以允许元素不唯一;

3, 元素是有序的集合,默认在插入的时候按升序排列。

基于以上特点,

1, 关联容器对元素的插入和删除操作比vector 要快,因为vector 是顺序存储,而关联容器是链式存储;比list 要慢,是因为即使它们同是链式结构,但list 是线性的,而关联容器是二叉树结构,其改变一个元素涉及到其它元素的变动比list 要多,并且它是排序的,每次插入和删除都需要对元素重新排序;

2, 关联容器对元素的检索操作比vector 慢,但是比list 要快很多。vector 是顺序的连续存储,当然是比不上的,但相对链式的list 要快很多是因为list 是逐个搜索,它搜索的时间是跟容器的大小成正比,而关联容器 查找的复杂度基本是Log(N) ,比如如果有1000 个记录,最多查找10 次,1,000,000 个记录,最多查找20 次。容器越大,关联容器相对list 的优越性就越能体现;

3, 在使用上set 区别于vector,deque,list 的最大特点就是set 是内部排序的,这在查询上虽然逊色于vector ,但是却大大的强于list 。

4, 在使用上map 的功能是不可取代的,它保存了“键- 值”关系的数据,而这种键值关系采用了类数组的方式。数组是用数字类型的下标来索引元素的位置,而map 是用字符型关键字来索引元素的位置。在使用上map 也提供了一种类数组操作的方式,即它可以通过下标来检索数据,这是其他容器做不到的,当然也包括set 。(STL 中只有vector 和map 可以通过类数组的方式操作元素,即如同ele[1] 方式)

容器适配器

STL 中包含三种适配器:栈stack 、队列queue 和优先级priority_queue 。

适配器是容器的接口,它本身不能直接保存元素,它保存元素的机制是调用另一种顺序容器去实现,即可以把适配器看作“它保存一个容器,这个容器再保存所有元素”。

STL 中提供的三种适配器可以由某一种顺序容器去实现。默认下stack 和queue 基于deque 容器实现,priority_queue 则基于vector 容器实现。当然在创建一个适配器时也可以指定具体的实现容器,创建适配器时在第二个参数上指定具体的顺序容器可以覆盖适配器的默认实现。

由于适配器的特点,一个适配器不是可以由任一个顺序容器都可以实现的。

栈stack 的特点是后进先出,所以它关联的基本容器可以是任意一种顺序容器,因为这些容器类型结构都可以提供栈的操作有求,它们都提供了push_back 、pop_back 和back 操作;

队列queue 的特点是先进先出,适配器要求其关联的基础容器必须提供pop_front 操作,因此其不能建立在vector 容器上;

优先级队列priority_queue 适配器要求提供随机访问功能,因此不能建立在list 容器上。

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