C++容器(vector、list、deque)

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2019年10月1日00:10:49 评论 210 views
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vector ,deque 和 list

顺序性容器:

向量 vector : 

是一个线性顺序结构。相当于数组,但其大小可以不预先指定,并且自动扩展。它可以像数组一样被操作,由于它的特性我们完全可以将vector 看作动态数组。
在创建一个vector 后,它会自动在内存中分配一块连续的内存空间进行数据存储,初始的空间大小可以预先指定也可以由vector 默认指定,这个大小即capacity ()函数的返回值。当存储的数据超过分配的空间时vector 会重新分配一块内存块,但这样的分配是很耗时的,在重新分配空间时它会做这样的动作:

首先,vector 会申请一块更大的内存块;

然后,将原来的数据拷贝到新的内存块中;

其次,销毁掉原内存块中的对象(调用对象的析构函数);

最后,将原来的内存空间释放掉。

如果vector 保存的数据量很大时,这样的操作一定会导致糟糕的性能(这也是vector 被设计成比较容易拷贝的值类型的原因)。所以说vector 不是在什么情况下性能都好,只有在预先知道它大小的情况下vector 的性能才是最优的。

vector 的特点:
(1) 指定一块如同数组一样的连续存储,但空间可以动态扩展。即它可以像数组一样操作,并且可以进行动态操作。通常体现在push_back() pop_back() 。
(2) 随机访问方便,它像数组一样被访问,即支持[ ] 操作符和vector.at()
(3) 节省空间,因为它是连续存储,在存储数据的区域都是没有被浪费的,但是要明确一点vector 大多情况下并不是满存的,在未存储的区域实际是浪费的。

(4) 在内部进行插入、删除操作效率非常低,这样的操作基本上是被禁止的。Vector 被设计成只能在后端进行追加和删除操作,其原因是vector 内部的实现是按照顺序表的原理。
(5) 只能在vector 的最后进行push 和pop ,不能在vector 的头进行push 和pop 。
(6) 当动态添加的数据超过vector 默认分配的大小时要进行内存的重新分配、拷贝与释放,这个操作非常消耗性能。 所以要vector 达到最优的性能,最好在创建vector 时就指定其空间大小。

vector创建二维数组与访问:

vector<vector<double>> vec2D(M,vector<double>(6));

访问:vec2D[i][j]即可!

双向链表list

是一个线性链表结构,它的数据由若干个节点构成,每一个节点都包括一个信息块(即实际存储的数据)、一个前驱指针和一个后驱指针。它无需分配指定的内存大小且可以任意伸缩,这是因为它存储在非连续的内存空间中,并且由指针将有序的元素链接起来。

由于其结构的原因,list 随机检索的性能非常的不好,因为它不像vector 那样直接找到元素的地址,而是要从头一个一个的顺序查找,这样目标元素越靠后,它的检索时间就越长。检索时间与目标元素的位置成正比。

虽然随机检索的速度不够快,但是它可以迅速地在任何节点进行插入和删除操作。因为list 的每个节点保存着它在链表中的位置,插入或删除一个元素仅对最多三个元素有所影响,不像vector 会对操作点之后的所有元素的存储地址都有所影响,这一点是vector 不可比拟的。

list 的特点:
(1) 不使用连续的内存空间这样可以随意地进行动态操作;
(2) 可以在内部任何位置快速地插入或删除,当然也可以在两端进行push 和pop 。
(3) 不能进行内部的随机访问,即不支持[ ] 操作符和vector.at() ;
(4) 相对于verctor 占用更多的内存。

双端队列deque 
是一种优化了的、对序列两端元素进行添加和删除操作的基本序列容器。它允许较为快速地随机访问,但它不像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:

C++容器(vector、list、deque)

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。

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