• 【C++】STL各容器的实现,时间复杂度,适用情况分析


    一.vector

    1.概述

    动态数组,在内存中具有连续的储存空间,在堆上分配内存,支持快速随机访问,在中间插入和删除慢,但在末尾插入和删除快

    2.特点

    1)拥有一段连续的内存空间,并且起始地址不变,因此能非常好的支持随机存取,但由于其内存空间是连续的,所以在中间插入和删除会造成内存块的拷贝,另外,当该数组的内存空间不够时,需要重新申请一块足够大的内存并进行内存拷贝,这些都大大的影响了vector的效率

    2)对头部和中间的元素进行插入删除需要移动内存,如果元素是结构体或者类,那么移动时还会进行析构和构造操作,所以性能不高

    3)对末尾的元素的操作最快,此时一般不需要移动内存,只有剩余内存不够时才需要

    3.时间复杂度分析:

    头部插入删除:O(N)

    尾部插入删除:O(1)

    中间插入删除:O(N)

    查找:O(N)

    4.优缺点及适用场景

    优点:支持随机储存,查询效率高

    缺点:在头部和中间插入删除元素效率低,需要移动内存

    适用场景:适用于元素结构简单,变化小,并且频繁随机访问的场景

    5.结论

    vector常用来保存需要经常进行随机访问的内容,并且不需要对中间元素进行添加和删除操作

    二.双向队列deque

    1.概述

    deque是double ended queue的缩写,是一个动态数组,可以向两端发展(双向开口的连续线性空间),因此无论在头部或者尾部安插元素都十分迅速,在中间按插元素则比较费时,因为必须移动其他元素

    双端队列的元素被表示为一个分段数组,容器中的元素分段存放在一个个大小固定的数组中,此外,容器还需要维护一个存放这些数组首地址的索引数组,如下图所示

    image

    deque原理图

    由于分段数组的大小是固定的,并且他们的首地址被连续存放在索引数组中,因此可以对其进行随机访问,但是效率比vector低很多

    向两端加入新元素时,如果这一端的分段数组未满,则可以直接加入,如果这一端的分段数组已满,只需要创建新的分段数组,并把该分段数组的地址加入到索引数组中即可,这样就不需要对已有的元素进行移动,因此在双端队列的两端加入新的元素都具有较高的效率

    当双端队列删除首尾元素时,也不需要移动,所以效率也比较高

    双端队列中间插入元素时,需要将插入点到某一端之间的所有元素向容器的这一端移动,因此向中间插入元素的效率较低,而且往往插入的位置越靠近中间,效率越低,删除队列中元素时,情况也类似

    2.特点

    1)按照页或者块来分配存储器,每页包含固定数目的元素

    2)支持随机储存

    3)头尾删除插入元素效率高

    3.时间复杂度分析

    头部尾部插入删除:O(1)

    中间插入删除:O(N)

    查找:O(N)

    4.优缺点及适用场景

    优点:头部尾部插入删除快

    缺点:不适合中间插入删除操作,占用内存多

    适用场景:适用于既要频繁随机储存,又要关心两端数据的插入与删除操作,并且不需要频繁对中间元素进行插入删除的场景

    三.双向链表list

    1.概述

    list由双向链表实现,元素存放在堆中,每个元素都是存放在一块内存中,它的内存空间可以是不连续的,通过指针来进行数据访问,这个特点使得它的随机储存变得非常的没有效率,但是由于链表的特点,它可以很有效率的支持任意地方的插入和删除操作

    2.特点

    1)没有预留空间的习惯,所以每分配一个元素都会从内存中分配,每释放一个元素都会释放其占用的内存

    2)任何地方插入删除的效率都很高,不需要移动内存,也就不需要在移动过程中对每个元素进行构造和析构,常用来做随机插入和删除的容器

    3)访问首尾元素最快

    3.时间复杂度分析

    任何位置的插入删除:O(1)(假设告诉了你插入删除的位置,不需要你线查找再删除)

    头尾查询:O(1)

    其他位置查询:O(N)

    4.优缺点及适用场景

    优点:内存不连续,动态操作,在任意位置插入和删除的效率都高

    缺点:不支持随机访问,相比于vector占用内存多

    适用场景:适用于经常进行插入和删除并且不经常随机访问的场景

    关于vector,deque,list的总结:

    vector

    特点:快速的随机储存,快速的在最后插入删除元素

    适用:需要高效随机储存,需要高效的在末尾插入删除元素,不需要高效的在其他地方插入和删除元素

    deque

    特点:比较快速的随机存储(比vector的慢),快速的在头尾插入删除元素

    适用:需要随机储存,需要高效的在头尾插入删除元素的场景

    list

    特点:快速在任意位置插入删除元素,快速访问头尾元素

    适用:需要大量插入删除操作,不关心随机储存的场景

    deque可以看作是vector和list的折中方案

    四.set

    1.概述

    set由红黑树实现,其内部元素依照其值自动排序,每个元素只出现一次,不允许重复(红黑树是平衡二叉树的一种)

    2.特点

    1)元素有序

    2)无重复元素

    3)插入删除操作的效率比序列容器高,因为对于关联容器来说,不需要做内存的拷贝和内存的移动

    3.时间复杂度分析

    增删改查近似:O(log N)

    4.优缺点及适用场景

    优点:使用平衡二叉树实现,便于元素查找,而且保持了元素的唯一性,支持自动排序

    缺点:每次插入元素,都需要调整红黑树,效率有一定的影响

    适用场景:适用与经常查找一个元素是否在某集群中并且不要排序的场景

    五.multiset

    multiset和set相同,只不过它允许重复元素,也就是说multiset可包括多个数值相同的元素。这里不再做过多介绍。

    六.map

    1.概述

    map由红黑树实现,其元素都是键值对,每个元素的键是排序的准则,每个键只能出现一次,不允许重复

    2.特点

    1)元素为键值对形式,键和值可以是任意类型

    2)因为key有序,所以可以通过二分对key进行快速查找

    3)增加和删除结点对迭代器的影响很小,除了当前结点是迭代器指向的结点

    4)对于迭代器来说,可以修改值,但是不能修改key

    3.时间复杂度分析

    增删改查基本是O(log N)

    4.优缺点和适用场景

    优点:适用平衡二叉树实现,便于元素查找,而且可以把值映射到另外一个值,可以创建字典

    缺点:每次插入都需要调整红黑树,对效率存在一定的影响

    适用场景:适用于需要储存一个字典,并要求方便的根据key找value的场景

    七.multimap

    multimap和map相同,但允许重复元素,也就是说multimap可包含多个键值(key)相同的元素。这里不再做过多介绍。

    ps:stack,queue,prioroty_queue都属于容器配接器,是由容器按照特殊的逻辑实现的


    小结:

    1)如果需要高效的随机存取,不在乎插入和删除的效率,使用vector。

    2)如果需要大量的插入和删除元素,不关心随机存取的效率,使用list。
    3)如果需要随机存取,并且关心两端数据的插入和删除效率,使用deque。
    4)如果打算存储数据字典,并且要求方便地根据key找到value,一对一的情况使用map,一对多的情况使用multimap。
    5)如果打算查找一个元素是否存在于某集合中,唯一存在的情况使用set,不唯一存在的情况使用multiset。


  • 相关阅读:
    fiddler应用之Composer(发送接口请求)
    fiddler应用之AutoResponder(fiddler的重定向页面功能)
    fiddler应用之设置断点(fiddler篡改request和response数据)
    fiddler应用之过滤器(用fiddler筛选特定网络请求)
    fiddler配置之对移动设备进行抓包证书安装
    fiddler配置之设置手机代理
    外部排序的基本概念
    80天考研核心短语
    地址访问冲突问题(四体交叉存取)
    制约函数法
  • 原文地址:https://www.cnblogs.com/yinbiao/p/11636405.html
Copyright © 2020-2023  润新知