C++笔记（2）：STL容器vector、list、deque、map、set、hashmap

STL容器vector、list、deque、map、set、hashmap

(1) vector 向量

相当于一个数组，占用一块连续的内存空间。

• 优点：

1. 可以不指定数组大小。即可以像数组一样操作，且具有动态长度，主要体现在push_back()和pop_back()；
2. 随机访问方便。支持下标操作符[]和.at()；
3. 节省空间。每个位置仅保存值对象，没有其他内容（指针等）。

• 缺点：

1. 内部的插入和删除操作效率低。可能会涉及到该位置之后的一系列内容的移动；
2. 只能在vector的最后进行push和pop操作，不能在vector的头部进行push和pop操作；
3. 当动态添加的数据超过vector当前分配的容量capacity时，需要重新申请一块更大的内存，并将vector的内容拷贝到新的内存，释放原内存。

• 适用场景：
  如果需要高效的随机存取，不在乎插入/删除的效率或者插入/删除的操作极少时，可使用vector。

(2) list 双向链表

list每个节点都由一个value，一个前驱指针和一个后驱指针组成。

• 优点：

1. 不需要使用连续的内存；
2. 可以在内部进行方便的插入和删除操作；
3. 可以在两端进行push和pop。

• 缺点：

1. 不支持随机访问，即不支持下标操作符[]和.at()；
2. 相对vector占用更多的内存。因为多了前驱指针和后驱指针。

• 适用场景：
  如果需要大量的插入和删除操作，不在乎随机存取，可使用list。

(3) deque 双端队列

deque造成连续内存的假象。deque是由一系列连续内存组成，并不是一个，当走到一段内存的尾端的时候，会自动跳到下一段，所以支持迭代器++操作。deque在功能上合并了vector和list。

• 优点：

1. 支持随机访问。即支持下标操作符[]和.at()；
2. 可以在内部进行方便的插入和删除操作；
3. 可在两端进行push和pop。

• 缺点：

1. 占用更多的内存。

• 适用场景：
  如果既需要随机存取，也需要关心内部的插入和删除操作，可使用deque。

(4) map/multimap 一对一关联

内部实现为红黑树，存储的内容为key-value对，每个key只对应一个value时使用map，对应多个value时使用multimap。

• 优点：

1. 具有自动排序的功能，根据key值进行排序；
2. 插入和删除比vector快，但比list慢；
3. 可以使用下表操作符[]来检索数据（multimap不支持该功能）。

• 缺点：

1. 每次插入值时，需要调整红黑树；
2. 随机存取比vector慢比list快，查找的复杂度为$O(log(n))$.

• 适用场景：
  如果需要用存储数据字典，并需要方便地根据key找到value，一对一的情况可使用map，一对多的情况应使用multimap。

(5) set/multiset 集合

对于相同的元素，set只会存储一遍，因为set中不会包含重复的元素，而multiset则可以包含重复元素，因此会存储多遍。

• 优点：

1. 便于查找。set内部是使用红黑树实现，会自动排序。

• 适用场景：
  如果需要查找某个元素是否存在于一个集合中，唯一存在可使用set，不唯一存在可使用multiset。

(6) hashmap 散列表

通过将关键码值映射到hash表中的一个位置来存储和访问。元素的排列是无序的。这种数据结构在插入、删除、搜索等操作上通常具有"常数时间"的表现。

• 优点：

1. 查找效率高，查找的时间复杂度为$O(1)$。通常情况下，查找速度比map快（map的查找时间为$O(log(n))$）。当然常数并不一定就比log(n)小，还需要考虑hash函数的消耗。

• 缺点：

1. 需要占用较多的内存；
2. 构造速度慢；
3. 可能出现hash碰撞。（解决思路：链地址法、开放地址法）

• 适用场景：
  如果需要较高的查找效率，且元素达到一定数量级，不太关心内存占用时，可使用hashmap。