性能特性测试系列1——STL容器，QT容器性能相关比较和总结

 闲话就不多扯了，本次测试了qt容器，和stl容器相关的效率，增加自己的理解，毕竟耳听为虚，眼见为实，书和资料怎么说都只是一个理论，直接测试性能才是王道。

流程

 qt，stl容器对应关系对比->横向比较每个对应关系容器效率->纵向比较各自容器效率->总结表格。

 测试环境：Qt5.7，vs2015。

序、qt，stl容器对应关系对比图

 下面这张图片是转载的，正好看到了。该图将qt、stl的顺序容器，和关联容器的对应关系，分别罗列出来了，一目了然，在此引用下。但是缺少容器适配器，所以我在下方自己做了个表，加入的容器适配器。
本图片转载自 点击跳转

 从上图能够清楚看到一一对应的关系，所以就不多解释了，下方是自己做的一个表格，主要是补充容器适配器对应关系：

 本表格参考来源（cppAPI官网）：点击跳转
 从代码里我们也能清楚的看到stl的容器适配器的原型：

 至此，基本的容器对应关系已经明了，开始比较各容器间的性能。

顺序容器

一、 std::vector与QVector:

理论：
 vector的内部存储结构为线性表。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，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，所以对于随机访问的速度很快（按下标），但是对于插入尤其是在头部，中间插入元素速度很慢，在尾部插入速度很快。 并且要vector 达到最优的性能，最好在创建vector 时就指定其空间大小。
特点：随机访问快，插入慢，查找快，尾部增加快。
对比理论：
 这两者效率理论上是差不多的，且可以相互转换。QVector的insert是用下标索引，std::vector的insert是用迭代器索引。但实测中QVector一样有迭代器索引方式，并且用这两种方式效率上没有区别。
各自测试：
 1、 std::vector: 插入和删除中，从头部和中间insert插入耗时是从尾部插入的十倍，而pushback比insert要高效率很多，erase同样要比pop方式慢上千倍不止，所以除非特殊情况，一般用push和pop。
 2、 QVector:同上。

 在release版本下，QVector和std::vector在尾部位置insert插入，查找上，较之std::vector稍好一点， push上没有太大区别，但是erase，popback删除上要比std::vector慢上一些；
总结：
 对于vector，选择push和pop来增删都是让效率更高的方式，而在选择QVector和std::vector上没有太大的区别，但考虑到pop耗时，一般情况下std::vector更好。
 QVector≈std::vector

二、 std::List与QLinkedList与 QList：

理论：
 1、std::list和QlinkedList内部结构为双向链表（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。）即内存区域不是连续的，元素也是在堆中存放，通过指针来进行数据的访问，因而随机访问的速度很慢（不支持下标，vector是直接找到元素地址，而它需要一个个比较），但是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（而vector会对操作点之后的所有元素的存储地址都有所影响）。
 2、QList其实不是链表，是优化过的vector，官方的形容是array list。它的存储方式是分配连续的node，每个node的数据成员不大于一个指针大小，所以对于int、char等基础类型，它是直接存储（所以按照内存对齐的话，应该会内存耗损更大），对于Class、Struct等类型，它是存储对象指针，有点类似std::deque。QList的实现模式，优点主要在于快速插入。因为其元素大小不会超过sizeof(void*)，所以插入时只需要移动指针，而非如vector那样移动对象。并且，由于QList存储的是void*，所以可以简单粗暴的直接用realloc()来扩容。QList的增长策略是双向增长，所以对prepend支持比vector好得多，使用灵活性高于Vector和LinkedList。缺点是每次存入对象时，需要构造Node对象，带来额外的堆开销。
特点：插入删除快，随机访问慢，查找慢，可头尾push，pop。
测试：
 Std::List: insert方式，从中间插入和从尾部插入，与push的两种方式，相差不大，但是从头部插入会稍微慢。
 QLinkedList: 同上。
 QList: insert方式，从头部插入和从尾部插入，与push两种方式相差不大，但是从中间插入相差巨大（慢很多）。，erase和两种pop方式也没差别。查找方式上支持下标访问。

 总体上来说，删除和插入，QLinkedList于std::list基本上每种的操作性能都差不多，std:: list中间插入稍慢，而QList除了中间insert，比两者都要好，也和他结构相符合。

纵向比较：std::List在insert，erase上要比std::vector快上许多，pushpop上更慢，查找上也更慢。

结论：
 从各方面来说，选择QLinkedList相较于std::list其实无所谓，没什么区别。但是出去中间插入，对比QList，都要差上不少，也是官方最推荐的容器，原文是这么说的——“在大多数情况下，都推荐使用QList，它提供更加快速的插入，并且（编译后）可以展开为更少的代码量。”

三、 std::deque:

理论：
 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。允许较为快速地随机访问，但不像vector 把所有的对象保存在一块连续的内存块，而是由一段一段的定量连续空间构成，并且在一个映射结构中保存对这些块及其顺序的跟踪。
 理论上来说，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（测试没更快）。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。

特点：方位随机，但较vector慢。内部插入删除不及list，可以两端插入删除。
测试结果：

速度比较：
Insert（中间插入时，deque耗时大两者很多）: std::list>std::deque>std::vector；
Push(vector没前插入): std:;vector> std::deque >std::list；
Erase: std::list>std::deque>std::vector;
Pop(vector没有前pop):std::vector≈std::deque>std::list
Find: std::vector>std::list>>std::deque
当然，和QList比，sed::deque完败。
总结：基本上，除去查找，deque就是介于std::list和std::vector间的平衡体，没有严重的短板，也能有不错的效率。

关联容器

一、 Std::set 与 QSet,std:: unordered_set

理论（基于stl）：
 set本质是二叉树。所以插入只需移动指针，指向新节点就行，set使用二分法查找，所以时间复杂度为log2n，而std::set相当于有一个固定“存贮位置”的，也就是说在其它元素没有变化的情况下，把位于begin位置的元素取出来(erase)，再放回去(insert)，还是会处于begin的位置的。Std::set(红黑树)。QSet与std::unordered_set对应，两者皆是无序的。不允许重复值。
理论上来说：
 在插入操作和删除操作上比vector快，但查找或添加末尾的元素时会有些慢。
特点：唯一，std::set有序，插入删除快。
测试：
 QSet不提供从位置插入，只能默认方式插入。当然，指定位置插入也没有什么卵用。

 1、std::set与std::unordered_set: unordered_set在查找方面上有很大优势（unordered_set是通过哈希来查找的），其余两者相差不大。
 2、QSet与std::unordered_set:默认插入方式上Qset快，find要std::unordered_set稍快，其余相差不大。
结论：
 在需要有序情况下选std::set更合适；考虑查找性能std::unordered_set更好，Qset优势不大，且只能默认插入。

二、std::map与QMap：

理论：
 二叉树。key-value对应关系的一对一的数据存储能力（pair结构）。key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key-value关系的存储，只是它只有键没有值。它是map 的一种特殊形式）。

特点： key-value对应，有序，插入删除快。

对比结果：

 总体上来说，两者几乎没有任何性能上的差异。
纵向比较：与std::set几乎没有性能差异。
结论：总体上来说，QMap和std::map几乎没有任何性能上的差异。

三、std:: unordered_map与QHash：

理论：
 1、 C++11的新特性，原本是boost的。基本上unordered_map和map类似，都是存储的key-value的值，可以通过key快速索引到value。但不同的是unordered_map不会根据key的大小进行排序，存储时是根据key的hash值判断元素是否相同，即unordered_map内部元素是无序的，而map中的元素是按照二叉搜索树存储，进行中序遍历会得到有序遍历。
 2、 QHash —— std::unordered_map都是各自实现了自己的hashTable，然后查询上都是用node->next的方式逐一对比，不支持互转。性能上更多的应该是看hash算法。QHash为常用的qt数据类型都提供好了qHash()函数，用户自定类型也能通过自己实现qHash()来存入QHash容器。

特点：无序，key-value，插入删除快。
测试：

 总体上来说，Insert方式QHash要更快，但是find上std::unordered_map远胜QHash。

纵向比较：与std::map相比，查找要比std::map效率高很多，别的几乎没有性能差异（std::的查找效率≈QHash）。

总结：考虑性能上的优势，一般情况下,用std::unordered_map更好。

四、std::multimap与QMultiMap：

理论：
 multimap的原理和map基本上是相似的，它允许“key”在容器中可以不唯一。
特点：key-value对应，有序，插入删除快。
测试：

横向上： std::multimap与QMultiMap在性能上几乎没有区别。

纵向上：与std::map相当，也就是说find方面比unordered_map 差。
总结：
 在std::multimap与QMultiMap这两者的选择上，没有太大的区别，性能上也大致一样。

容器适配器

一、std:: stack与QStack：

理论：
 1、栈是一种容器适配器，特别为后入先出而设计的一种（LIFO ），那种数据被插入，然后再容器末端取出。
栈实现了容器适配器，这是用了一个封装了的类作为他的特定容器，提供了一组成员函数去访问他的元素，元素从特定的容器，也就是堆栈的头取出袁术。
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。也因此，标准的容器类模板vector, deque 和list可以使用，默认情况下，如果没有容器类被指定成为一个提别的stack 类，标准的容器类模板就是deque 队列。
 2、而QStack是继承自QVector的，QVector的函数基本都支持。
特点：后进先出
测试：

横向：结果上来看，插入和删除效率QStack要高。

纵向： QStack在插入上较QVector有优势，其他几乎没差异。

总结：只从性能上来说，QStack要高，支持函数也多。

二、std::Queue与QQueue：

理论：
 1、Std:;queue单向队列与栈有点类似，一个是在同一端存取数据，另一个是在一端存入数据，另一端取出数据。单向队列中的数据是先进先出（First In First Out,FIFO）。
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。
 2、而QQueue继承自QList，QList的函数也基本都支持。
特点：先进先出。
测试：

横向：插入和删除std::Queue稍微好一点。
纵向： std::queue与std::stack性能几乎无差异，QQueue较QStack快，与父类QList比较几乎无差异。
总结：适用于有需求的。

三、std:: priority_queue：

理论：
 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。基于vector 容器实现。STL里面默认用的是 vector. 比较方式默认用 operator< , 所以如果后面俩个参数缺省的话，优先队列就是大顶堆，队头元素最大。
特点：优先级队列（优先级高的元素先出队列）。
测试：

纵向：速度于前两个更小。
总结：适用于有需求的

总结表格：

一、Qt纵向：

二、STL纵向：

三、QT与STL：

四、一句话：

 基本上看需求选择，QT容器和STL容器差别不是很大，细节的对照表格可以看出来；

 总体上来说，map,set，mutlimap这些关联容器，性能差别不大，而无序的关联容器，也只是查找上有优势。

 最后，QList表现很抢眼。

参考链接：

–Vs编译器与qtcreator
–1Qt的容器库对比C++的STL
–2Qt的容器库对比C++的STL
–C++ STL 基本容器
–栈