C++ 底层实现

STL库的底层实现

1. 顺序容器

   1. array数组
   2. vector向量
   3. deque双向队列
   4. list双向链表
   5. forward_list前向链表

2. 关联容器

   1. map 关联数组key value
      1. map、multimap 排序实现
      2. unordered_map、unordered_multimap 哈希实现
   2. set 只保留关键子key
      1. set、multiset 排序实现
      2. unordered_set、unordered_multiset 哈希实现

3. 容器适配器

   1. stack 栈
   2. queue 队列
   3. priority_queue 前向队列

各个容器的时间复制度

操作	访问，一般是指下标[n]访问，关联容器应该是用key	push_back()	push_front()	insert()	pop_back()	pop_front()	erase()	find()
顺序容器
list	$O(n)$	$O(1)$	$O(1)$	$O(1)$，但是确定迭代器的位置需要$O(n)$	$O(1)$	$O(1)$	$O(1)$	不支持
vector	$O(1)$	$O(1)$	不支持	$O(n)$	$O(1)$	不支持	$O(n)$	不支持
deque	$O(1)$	$O(1)$	$O(1)$	$O(n)$	$O(1)$	$O(1)$	$O(n)$	不支持
关联容器红黑树实现
map、multimap、set、multiset	$O(log(n))$	不支持	不支持	$O(log(n))$	不支持	不支持	$O(log(n))$	$O(log(n))$
关联容器 hashtable实现
unordered_map、unordered_multimap、unordered_set、unordered_multiset	$O(1)$	不支持	不支持	$O(1)$	不支持	不支持	$O(1))$	$O(1))$
最坏情况：出现哈希冲突时	$O(n)$	不支持	不支持	$O(n)$	不支持	不支持	$O(n))$	$O(n))$

哈希冲突的时间复杂度，不应该取决于hash的桶内用什么方式存储key value吗？

array

固定大小数组，支持快速随机访问，但不能插入或删除元素；

vector

vector底层是一个动态数组，包含三个迭代器，start和finish之间是已经被使用的空间范围，end_of_storage是整块连续空间包括备用空间的尾部。
连续空间，扩容机制，开辟新的内存(2倍)，拷贝过去。进行扩容操作时可能导致迭代器失效。

支持下标访问。

vector vec(10,100);        //创建10个元素,每个元素值为100

vec.resize(r,vector(c,0)); //二维数组初始化

vec.reserve(100);               //改变vector的大小size()
vec.reserve(100);               //只改变vector的容量capacity()扩充到已经确定的大小

find(vec.begin(),vec.end(),1);  //查找元素
reverse(vec.begin(),vec.end())  //将元素翻转
sort(vec.begin(),vec.end());    //排序，默认升序排列
vec.push_back(val);             //尾部插入数字
vec.size();                     //向量大小
vec.capacity();                 //经分配的内存中可以容纳多少元素
iterator = vec.erase(iterator)  //删除元素

vec.clear();                    //清空内容，但是不释放内存。
vector().swap(vec);        //清空内容，且释放内存，想得到一个全新的vector。
vec.shrink_to_fit();            //请求容器降低其capacity和size匹配。
vec.clear();vec.shrink_to_fit();//清空内容，且释放内存。

deque

双向开口的连续线性空间（双端队列）。一块内存前后都有空闲的空间用来存取。

支持头尾插入。

deque.push_back(elem)   //在尾部加入一个数据。
deque.pop_back()        //删除尾部数据。
deque.push_front(elem)  //在头部插入一个数据。
deque.pop_front()       //删除头部数据。
deque.size()            //返回容器中实际数据的个数。
deque.at(idx)           //传回索引idx所指的数据，如果idx越界，抛出out_of_range。

list

双向链表，非连续空间，用一块申请，删除也是以节点为单位。

方便大量插入。

list.push_back(elem)    //在尾部加入一个数据
list.pop_back()         //删除尾部数据
list.push_front(elem)   //在头部插入一个数据
list.pop_front()        //删除头部数据

auto it = list.begin();
list.insert(it, 10);    //需要使用迭代器在制定位置插入

list.size()             //返回容器中实际数据的个数
list.sort()             //排序，默认由小到大 
list.unique()           //移除数值相同的连续元素
list.back()             //取尾部迭代器
list.erase(iterator)    //删除一个元素，参数是迭代器，返回的是删除迭代器的下一个位置

forward_list

单向链表

set、map

红黑树，平衡、有序二叉树。红黑树介绍https://www.iamshuaidi.com/2061.html。key和value存储在节点中。插入与删除主要是调整节点的指针。
搜索$O(log(n))$

//常用函数
map mymap;
mymap.begin() 　                  //返回指向容器起始位置的迭代器（iterator） 
mymap.end()                      //返回指向容器末尾位置的迭代器 
bool bempty = mymap.empty()      //若容器为空，则返回true，否则false
mymap.find(k)                    //寻找键值为k的元素，并用返回其地址
int size = mymap.size()          //返回map中已存在元素的数量
mymap.insert({int,string})       //插入元素
for (auto iter = mymap.begin(); itor != mymap.end();++iter;)
{
    if (iter->second == "target")
        mymap.erase(itor++) ; // erase之后，令当前迭代器指向其后继。       
}


//几种不同的插入方式
map ;
mapStudent.insert(pair(1, "student_one")); 
mapStudent.insert(map::value_type (1, "student_one"));
mapStudent.insert(make_pair(1, "student_one"));
mapStudent[1] = "student_one"; 

map[2]//下标方式访问，没有值会创建key value(默认值)的值插入

unordered_map、unordered_set

hashtable散列函数函数实现，通过哈希映射实现增删改查时间复杂度为$O(1)$

unordered_map.begin() 　　  //返回指向容器起始位置的迭代器（iterator） 
unordered_map.end() 　　    //返回指向容器末尾位置的迭代器 
unordered_map.cbegin()　    //返回指向容器起始位置的常迭代器（const_iterator） 
unordered_map.cend() 　　   //返回指向容器末尾位置的常迭代器 
unordered_map.size()  　　  //返回有效元素个数 
unordered_map.insert(key)  //插入元素 
unordered_map.find(key) 　 //查找元素，返回迭代器
unordered_map.count(key) 　//返回匹配给定主键的元素的个数 

迭代器

https://www.iamshuaidi.com/2328.html
底层实现 萃取技术（推导类型），模板特化技术具体实现。
迭代器失效 当存储数据的内存位置发生改变时。

顺序容器:删除迭代器it = c.erase(it);返回值下一个迭代器。因为除了list外，erase会导致当前迭代器失效，不能使用it++。
关联容器:删除迭代器c.erase(it++);返回值是void。所以使用it++获取下一个迭代器。