C++ STL中vector、list、deque顺序容器使用介绍

1、简介

容器分为顺序容器和关联容器，顺序容器提供了控制元素存储和访问顺序的能力，这种顺序不依赖于元素的值，而是与元素加入时的位置相对应。

2、顺序容器类型

顺序容器有以下几种

vector	vector是可变大小数组，每个元素在内存上是连续的。支持快速随机访问，在尾部插入或者删除可能很慢。连续存储结构
deque	双端队列，支持快速随机访问。在尾部插队/删除都很快。deque双端数组结构，容器内部有一个中控器和缓存区，容器的数据放在缓存区中，中控器维护每个缓存区的地址，且该地址连续，类似vector。连续存储结构
list	双向链表。只支持双向顺序访问，，在list中任何位置进行插入/删除操作速度都很快。非连续存储结构
forward_list	单向链表。只支持单向顺序访问。在链表的任何位置进行插入/删除操作速度都很快。
array	固定大小数组。支持快速随机访问。不能添加或删除元素。
string	与vector相似的容器，但专门用于保存字符。随机访问快，在尾部添加/删除速度很快。

3、常用容器比较 

常用的顺序容器有vector、list、deque，在不同的使用场景下选择不同的容器可以提高程序的速度。选择容器时需要考虑：频繁插入/删除还是频繁随机访问，上面2介绍的表格中已经给出了总结。现将每个这三种容器再扩展分析如下：

（1）vector：vector在内存上是顺序存储的，也就是vector存储的元素内存区域必须是连续的。vector存储元素时，会预先分配一个一块比实际存储元素大的内存空间，这个空间叫做capacity，所以经常可以看到capacity大于容器的size值，查资料说是capacity的大小是size的2倍，这跟编译器有关的，不同的编译器大小关系是不一样（如不同的VS版本）。当往容器中插入元素时，如果容器中已没有空间存储新元素，则vector必须重新分配空间，且空间必须时连续的，这时vector需要做的操作为：申请新的空间-》赋值vector旧的元素-》插入新元素-》释放vector旧的元素空间。所以插入删除速度较慢，但随机访问很快，时间复杂度：O(1)。开辟空间连续，不易造成内存碎片。

迭代器影响：插入和删除会导致原先的迭代器失效，删除时，当前迭代器需要重新赋值，否则会造成当前迭代器失效。

（杂谈：在压测程序内存时，会检测内存的涨幅曲线，有时我们会看到内存曲线先涨，后降低平稳，有可能就跟vecotr容器申请空间有关）

（2）list：list是非连续存储结构，有双向链表结构体，每个元素有数据域和指针域，双向链表的结构如下：

 上面的图来源于双向链表 - 数据结构和算法教程 (yiibai.com)

 在插入新数据时，list不需要重新分配空间，只需要找一块内存进行数据的添加即可，但不支持随机访问，访问时的时间复杂度是O(n)，动态开辟不连续的空间，容易造成内存碎片。

迭代器影响：插入和删除不会导致迭代器失效，删除只会导致当前迭代器失效。

（3）deque:deque （double-ended queue，双端队列）是一种具有队列和栈的性质的数据结构。双端队列中的元素可以从两端弹出，其限定插入和删除操作在表的两端进行。duque的内存结构如下：

 上面的图来源于deque容器详解_月光晒了很凉快的博客-CSDN博客_deque

 从上面的图可以看出，deque占用的内存较大。

 4、容器使用选择

（1）需要频繁随机访问，选vector。

（2）若插入数据元素大小已知，（通过设置容器大小）可选择vector。

（3）需要频繁在容器头尾进行插入和删除，且需要频繁随机访问，可选deque。

（4）需要频繁在容器任何位置插入和删除，可选list。

（5）若需要频繁插入容器任何位置，且要随机访问，也可选deque。

目前计算机的性能很高，当数据量不大时，性能差距是不大的，可以优先选择vector。

关于容器的比较有一篇博文介绍的也不错，可参考：C++三种容器：list、vector和deque的区别_戎·码一生的博客-CSDN博客_c++ deque list