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STL中有哪些不同類型的容器(向量,列表,地圖,集合等)以及我什麼時候應該使用它們?

James Robert Taylor
James Robert Taylor原創
2025-03-12 16:51:15623瀏覽

了解STL容器:綜合指南

本文解決了有關c中的標準模板庫(STL)容器的常見問題。我們將探索不同的容器類型,選擇標準,性能權衡以及典型的用例。

STL中有哪些不同類型的容器(向量,列表,地圖,集合等)以及我什麼時候應該使用它們?

STL提供各種容器類型,每種都為特定的用例設計。最常見的是:

  • std::vector一個提供連續內存分配的動態數組。使用其索引(隨機訪問)訪問元素。末尾的插入和刪除是有效的(攤銷的恆定時間),但是中間的操作是緩慢(線性時間),因為它們需要將後續元素轉移。使用std::vector

    • 您需要隨機訪問元素。
    • 您經常在末尾添加或刪除元素。
    • 記憶區域對於性能很重要。
    • 您會事先知道大約大小的大小(以避免頻繁進行重新移位)。
  • std::list雙關聯列表,每個元素都將指針存儲給其前身和繼任者。列表中任何地方的插入和刪除都是有效的(恆定時間),但是隨機訪問很慢(線性時間)。使用std::list時:

    • 您經常在序列的中間插入或刪除元素。
    • 不需要隨機訪問。
    • 記憶區域不太關鍵。
  • std::map一個存儲鍵值對的關聯容器,由鍵排序。它使用類似樹狀的結構(通常是紅黑樹)提供有效的基於密鑰的查找(對數時間)。使用std::map時:

    • 您需要存儲與唯一鍵關聯的數據。
    • 有效的基於密鑰的查找至關重要。
    • 您需要按密鑰對數據進行排序。
  • std::set類似於std::map ,但它僅存儲沒有關聯值的唯一鍵。它還提供有效的基於密鑰的查找(對數時間)。使用std::set時:

    • 您需要存儲獨特元素的集合。
    • 需要有效的會員測試。
    • 您需要對元素進行分類。
  • std::unordered_mapstd::unordered_set這些是基於哈希桌的容器,為插入,刪除和查找提供平均恆定時間複雜性。但是,最壞情況的複雜性可以是線性的。使用這些何時以下內容:

    • 您需要非常快速的平均案例查找,插入和刪除。
    • 要素的順序並不重要。
    • 您願意接受最差的線性時間複雜性的可能性(儘管這很少有良好的哈希功能)。

如何為特定任務選擇最有效的STL容器?

選擇正確的容器在很大程度上取決於任務的特定要求。考慮以下因素:

  • 操作頻率:您多久插入,刪除,訪問,搜索元素?
  • 訪問模式:您是否主要是通過索引隨機訪問元素,還是迭代?您需要按密鑰搜索嗎?
  • 內存用法:容器將消耗多少內存?如果預先知道大小,則向量可以提高內存效率。
  • 元素順序:元素順序重要嗎?如果是這樣, std::mapstd::setstd::vector可能是合適的。如果不是, std::unordered_mapstd::unordered_set可能更快。

不同的STL容器類型之間的性能權衡是什麼?

關鍵性能權衡是:

  • 隨機訪問與順序訪問: std::vector提供快速的隨機訪問(O(1)),而std::list不(o(o(n)))。
  • 插入/刪除時間:std::vector的中間插入和刪除速度很慢(o(n)),而在std::list (o(o(1))中,它很快。
  • 搜索時間: std::mapstd::set提供對數搜索時間(O(log n)),而std::unordered_mapstd::unordered_set提供平均恆定時間搜索(O(1))。 std::vector and std::list需要線性搜索(o(n)),除非您有一個分類的std::vector

每種STL容器類型(向量,列表,地圖,設置)的常見用例是什麼?

  • std::vector存儲一系列元素,代表動態數組,實現堆棧或隊列(如果僅使用末端),存儲遊戲板數據。
  • std::list實現隊列或雙端隊列,維護動作歷史記錄,代表播放列表。
  • std::map存儲字典或符號表,代表圖形的鄰接列表,管理遊戲字符屬性。
  • std::set存儲一組唯一標識符,實現唯一的項目集合,檢查是否存在元素。
  • std::unordered_mapstd::unordered_set在哈希表中實現快速查找,緩存經常訪問的數據,代表訂單不重要時圖形的鄰接列表。

通過仔細考慮這些因素和權衡,您可以為您的特定編程任務選擇最合適的STL容器,從而導致更有效和可維護的代碼。

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