C++ STL容器的底层实现
https://blog.csdn.net/qq_43313035/article/details/89600276
顺序容器：
vector
deque
list
关联容器：
set
multiset
map
multimap
vector（向量容器）
特点：
- 内存可2倍增长的动态数组
- 数据结构：线性连续空间
增加新元素时，如果超出当前容量，则容量会扩充至两倍。如果两倍还不够，则扩张至足够大的空间。
容量的扩张：
- 开辟新空间（因为无法保证之后尚有可供分配的空间）
- 复制数据于新空间中
- 释放旧空间
vector 对象本身在栈上，里面的成员指针指向堆。
vector 和基本数据类型一样使用，定义指针一样。
vector 内的元素存放在堆中，由STL库中的程序负责分配和释放，使用方便，但是效率低下。
原生数组的执行效率是vector的10倍左右，因为他内存的分配和释放完全由系统自动完成。
vector效率低下的原因：vector的动态自增，并不是在原空间之后接续新空间，而是在原空间不够使用时，以原空间大小的两倍另外配置一块大空间，然后将原内容拷贝过来，再在新拷贝的原内容之后构造新元素，并释放原空间。
size指的是当前拥有的元素个数，capacity指的是vector当前分配的总个数，所有capacity>=size。
deque(双端队列)
特点：
- 数据结构：一种双向开口的存储空间分段连续的数据结构，每段数据空间内部是连续的，而每段数据空间之间则不一定连续。
- deque没有所谓的容量概念，因为它是以分段连续空间组合而成，随时可以增加一段新的空间并连接起来
图deque有四部分数据空间，这些空间都是程序运行过程中在堆上动态分配的。
中控器（map）保存着一组指针，每个指针指向一段数据空间的起始位置，通过中控器可以找到所有的数据空间。如果中控器的数据空间满了，会重新申请一块更大的空间，并将中控器的所有指针拷贝到新空间中。
deque采用一块所谓的map（注意，不是STL的map容器）作为主控。这里所谓map是一小块连续空间，其中每个元素（此处称为一个节点，node）都是指针，指向另一段（较大的）连续线性空间，称为缓冲区。缓冲区才是deque的储存空间主体
list
- 有效利用空间
- 数据结构：环状双向链表
- 插入(insert)和接合(splice)操作都不会造成原来list的迭代器失效
- 删除（erase）操作仅仅使“指向被删除元素”的迭代器失效，其它迭代器不受影响
- 随机访问比较慢
- 每次插入或删除一个元素，就配置或释放一个元素空间，元素也是在堆中。因此，list 对于空间的运用有绝对的精准，一点也不浪费。
为什么list容器可以很方便的随机插入：
list是一个线性双向链表结构，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。
关联容器
set（集合）
特点：
- 数据结构：底层使用平衡的搜索树——红黑树实现
- 插入删除操作时仅仅需要指针操作节点即可完成，不涉及到内存移动和拷贝
- set中元素都是唯一的，而且默认情况下会对元素自动进行升序排列
- set内部元素也是以键值对的方式存储的，只不过它的键值与实值相同
- set中不允许存放两个实值相同的元素
- 迭代器是被定义成const iterator的，说明set的键值是不允许更改的，并且不允许通过迭代器进行修改set里面的值
multiset
特点：
- 数据结构：底层实现与set一样，也采用了红黑树
- 允许插入重复的键值，使用insert_equal机制
- 插入、删除操作的时间复杂度为O(log2n)
map
- map中key的值是唯一的
- 数据结构：红黑树变体的平衡二叉树数据结构
- 提供基于key的快速检索能力
- 元素插入是按照排序规则插入的，不能指定位置插入
- 对于迭代器来说，可以修改实值，而不能修改key。
- 根据key值快速查找,查找的复杂度基本是logn
- map在进行插入的时候是不允许有重复的键值的，如果新插入的键值与原有的键值重复则插入无效
multimap
特点：
- 与 map 不同，multimap 可以包含重复键
unordered_map
unordered_map内部实现了一个哈希表（也叫散列表，通过把关键码值映射到Hash表中一个位置来访问记录，查找的时间复杂度可达到O(1)，其在海量数据处理中有着广泛应用）。因此，其元素的排列顺序是无序的。
特点：
优点： 因为内部实现了哈希表，因此其查找速度非常的快
缺点： 哈希表的建立比较耗费时间
适用处：对于查找问题，unordered_map会更加高效一些，因此遇到查找问题，常会考虑一下用unordered_map
Hash_Map
hash_map基于hash table（哈希表）。
哈希表最大的优点：
就是把数据的存储和查找消耗的时间大大降低，几乎可以看成是常数时间；而代价仅仅是消耗比较多的内存。然而在当前可利用内存越来越多的情况下，用空间换时间的做法是值得的。另外，编码比较容易也是它的特点之一。
其基本原理是：
使用一个下标范围比较大的数组来存储元素。可以设计一个函数（哈希函数，也叫做散列函数），使得每个元素的关键字都与一个函数值（即数组下标，hash值）相对应，于是用这个数组单元来存储这个元素；也可以简单的理解为，按照关键字为每一个元素“分类”，然后将这个元素存储在相应“类”所对应的地方，称为桶。
但是，不能够保证每个元素的关键字与函数值是一一对应的，因此极有可能出现对于不同的元素，却计算出了相同的函数值，这样就产生了“冲突”，换句话说，就是把不同的元素分在了相同的“类”之中。
总的来说，“直接定址”与“解决冲突”是哈希表的两大特点。
hash_map，首先分配一大片内存，形成许多桶。是利用hash函数，对key进行映射到不同区域（桶）进行保存。其插入过程是：
- 得到key
- 通过hash函数得到hash值
- 得到桶号(一般都为hash值对桶数求模)
- 存放key和value在桶内。
其取值过程是:
- 得到key
- 通过hash函数得到hash值
- 得到桶号(一般都为hash值对桶数求模)
- 比较桶的内部元素是否与key相等，若都不相等，则没有找到。
- 取出相等的记录的value。
hash_map和map的区别在哪里？
- 构造函数。hash_map需要hash函数，等于函数；map只需要比较函数(小于函数).
- 存储结构。hash_map采用hash表存储，map一般采用红黑树(RB Tree)实现。因此其memory数据结构是不一样的。
什么时候需要用hash_map，什么时候需要用map?
总体来说，hash_map 查找速度会比map快，而且查找速度基本和数据数据量大小，属于常数级别;而map的查找速度是log(n)级别。并不一定常数就比log(n)小，hash还有hash函数的耗时，明白了吧，如果你考虑效率，特别是在元素达到一定数量级时，考虑考虑hash_map。但若你对内存使用特别严格，希望程序尽可能少消耗内存，那么一定要小心，hash_map可能会让你陷入尴尬，特别是当你的hash_map对象特别多时，你就更无法控制了，而且hash_map的构造速度较慢。
关于Rehash
当键值对的数量>=设定的阀值(capacity * load factor(0.75))时，为保证HashMap的性能，会进行重散列(rehash)。
HashMap中，重散列主要有两步：1、扩充table长度。2、转移table中的entry，从旧table转移到新的table。
table长度以2倍的方式扩充，一直到最大长度2^30。
entry转移的过程是真正意义上的重散列，在此过程中，对原来的每个entry的key重新计算新的散列地址，旧table中相同位置的entry极有可能会被散列到新table中不同的位置，这主要是因为table的length变化的原因。
priority_queue（优先队列）
优先队列不是按照普通对象先进先出原FIFO则进行数据操作，其中的元素有优先级属性，优先级高的元素先出队。
优先队列的底层实现是堆，默认的优先队列是从大到小排序，底层也就是大顶堆。
优先队列的插入删除和大顶堆基本相同，每次插入和删除都需要进行对应的上浮和下沉操作，所有优先队列的入队和出队时间复杂度是logn。
PriorityQueue队列不适合经常出队入队的频繁操作，但是他的优先级特性非常适合一些对顺序有要求的数据处理场合。