stl-基本知识
摘要:本文列出几个基本的STL map和STL set的问题,通过解答这些问题讲解了STL关联容器内部的数据结构,最后提出了关于UNIX/LINUX自带平衡二叉树库函数和map, set选择问题,并分析了map, set的优势之处。对于希望深入学习STL和希望了解STL map等关联容器底层数据结构的朋友来说,有一定的参考价值。
vector(向量)——STL中标准而安全的数组。只能在vector 的“前面”增加数据。
deque(双端队列double-ended queue)——在功能上和vector相似,但是可以在前后两端向其中添加数据。
list(列表)——游标一次只可以移动一步。如果你对链表已经很熟悉,那么STL中的list则是一个双向链表(每个节点有指向前驱和指向后继的两个指针)。
set(集合)——包含了经过排序了的数据,这些数据的值(value)必须是唯一的。
map (映射)——经过排序了的二元组的集合,map中的每个元素都是由两个值组成,其中的key(键值,一个map中的键值必须是唯一的)是在排序或搜索时使用,它的值可以在容器中重新获取;而另一个值是该元素关联的数值。比如,除了可以ar[43] = "overripe"这样找到一个数据,map还可以通过ar["banana"] = "overripe"这样的方法找到一个数据。如果你想获得其中的元素信息,通过输入元素的全名就可以轻松实现。
multiset(多重集)——和集合(set)相似,然而其中的值不要求必须是唯一的(即可以有重复)。
multimap(多重映射)——和映射(map)相似,然而其中的键值不要求必须是唯一的(即可以有重复)。
STL map和set的使用虽不复杂,但也有一些不易理解的地方,如:
# 为何map和set的插入删除效率比用其他序列容器高?
# 为何每次insert之后,以前保存的iterator不会失效?
# 为何map和set不能像vector一样有个reserve函数来预分配数据?
# 当数据元素增多时(10000到20000个比较),map和set的插入和搜索速度变化如何?
或许有得人能回答出来大概原因,但要彻底明白,还需要了解STL的底层数据结构。
C++ STL 之所以得到广泛的赞誉,也被很多人使用,不只是提供了像vector, string, list等方便的容器,更重要的是STL封装了许多复杂的数据结构算法和大量常用数据结构操作。vector封装数组,list封装了链表,map和 set封装了二叉树等,在封装这些数据结构的时候,STL按照程序员的使用习惯,以成员函数方式提供的常用操作,如:插入、排序、删除、查找等。让用户在 STL使用过程中,并不会感到陌生。
C++ STL中标准关联容器set, multiset, map, multimap内部采用的就是一种非常高效的平衡检索二叉树:红黑树,也成为RB树(Red-Black Tree)。RB树的统计性能要好于一般的平衡二叉树(有些书籍根据作者姓名,Adelson-Velskii和Landis,将其称为AVL-树),所以被STL选择作为了关联容器的内部结构。本文并不会介绍详细AVL树和RB树的实现以及他们的优劣,关于RB树的详细实现参看红黑树: 理论与实现(理论篇)。本文针对开始提出的几个问题的回答,来向大家简单介绍map和set的底层数据结构。
为何map和set的插入删除效率比用其他序列容器高?
大部分人说,很简单,因为对于关联容器来说,不需要做内存拷贝和内存移动。说对了,确实如此。map和set容器内所有元素都是以节点的方式来存储,其节点结构和链表差不多,指向父节点和子节点。结构图可能如下:
A
/ /
B C
/ / / /
D E F G
因此插入的时候只需要稍做变换,把节点的指针指向新的节点就可以了。删除的时候类似,稍做变换后把指向删除节点的指针指向其他节点就OK了。这里的一切操作就是指针换来换去,和内存移动没有关系。
为何每次insert之后,以前保存的iterator不会失效?
看见了上面答案的解释,你应该已经可以很容易解释这个问题。iterator这里就相当于指向节点的指针,内存没有变,指向内存的指针怎么会失效呢(当然被删除的那个元素本身已经失效了)。相对于vector来说,每一次删除和插入,指针都有可能失效,调用push_back在尾部插入也是如此。因为为了保证内部数据的连续存放,iterator指向的那块内存在删除和插入过程中可能已经被其他内存覆盖或者内存已经被释放了。即使时push_back的时候,容器内部空间可能不够,需要一块新的更大的内存,只有把以前的内存释放,申请新的更大的内存,复制已有的数据元素到新的内存,最后把需要插入的元素放到最后,那么以前的内存指针自然就不可用了。特别时在和find等算法在一起使用的时候,牢记这个原则:不要使用过期的iterator。
为何map和set不能像vector一样有个reserve函数来预分配数据?
我以前也这么问,究其原理来说时,引起它的原因在于在map和set内部存储的已经不是元素本身了,而是包含元素的节点。也就是说map内部使用的Alloc并不是map<Key, Data, Compare, Alloc>声明的时候从参数中传入的Alloc。例如:
map<int, int, less<int>, Alloc<int> > intmap;
这时候在intmap中使用的allocator并不是Alloc<int>, 而是通过了转换的Alloc,具体转换的方法时在内部通过Alloc<int>::rebind重新定义了新的节点分配器,详细的实现参看彻底学习STL中的Allocator。其实你就记住一点,在map和set内面的分配器已经发生了变化,reserve方法你就不要奢望了。
当数据元素增多时(10000和20000个比较),map和set的插入和搜索速度变化如何?
如果你知道log2的关系你应该就彻底了解这个答案。在map和set中查找是使用二分查找,也就是说,如果有16个元素,最多需要比较4次就能找到结果,有32个元素,最多比较5次。那么有10000个呢?最多比较的次数为log10000,最多为14次,如果是20000个元素呢?最多不过15次。看见了吧,当数据量增大一倍的时候,搜索次数只不过多了1次,多了1/14的搜索时间而已。你明白这个道理后,就可以安心往里面放入元素了。
最后,对于map和set Winter还要提的就是它们和一个c语言包装库的效率比较。在许多unix和linux平台下,都有一个库叫isc,里面就提供类似于以下声明的函数:
void tree_init(void **tree);
void *tree_srch(void **tree, int (*compare)(), void *data);
void tree_add(void **tree, int (*compare)(), void *data, void (*del_uar)());
int tree_delete(void **tree, int (*compare)(), void *data,void (*del_uar)());
int tree_trav(void **tree, int (*trav_uar)());
void tree_mung(void **tree, void (*del_uar)());
许多人认为直接使用这些函数会比STL map速度快,因为STL map中使用了许多模板什么的。其实不然,它们的区别并不在于算法,而在于内存碎片。如果直接使用这些函数,你需要自己去new一些节点,当节点特别多,而且进行频繁的删除和插入的时候,内存碎片就会存在,而STL采用自己的Allocator分配内存,以内存池的方式来管理这些内存,会大大减少内存碎片,从而会提升系统的整体性能。Winter在自己的系统中做过测试,把以前所有直接用isc函数的代码替换成map,程序速度基本一致。当时间运行很长时间后(例如后台服务程序),map的优势就会体现出来。从另外一个方面讲,使用map会大大降低你的编码难度,同时增加程序的可读性。何乐而不为?学习STL map, STL set之数据结构基础
作者: winter
摘要:本文列出几个基本的STL map和STL set的问题,通过解答这些问题讲解了STL关联容器内部的数据结构,最后提出了关于UNIX/LINUX自带平衡二叉树库函数和map, set选择问题,并分析了map, set的优势之处。对于希望深入学习STL和希望了解STL map等关联容器底层数据结构的朋友来说,有一定的参考价值。
STL map和set的使用虽不复杂,但也有一些不易理解的地方,如:
# 为何map和set的插入删除效率比用其他序列容器高?
# 为何每次insert之后,以前保存的iterator不会失效?
# 为何map和set不能像vector一样有个reserve函数来预分配数据?
# 当数据元素增多时(10000到20000个比较),map和set的插入和搜索速度变化如何?
或许有得人能回答出来大概原因,但要彻底明白,还需要了解STL的底层数据结构。
C++ STL 之所以得到广泛的赞誉,也被很多人使用,不只是提供了像vector, string, list等方便的容器,更重要的是STL封装了许多复杂的数据结构算法和大量常用数据结构操作。vector封装数组,list封装了链表,map和 set封装了二叉树等,在封装这些数据结构的时候,STL按照程序员的使用习惯,以成员函数方式提供的常用操作,如:插入、排序、删除、查找等。让用户在 STL使用过程中,并不会感到陌生。
C++ STL中标准关联容器set, multiset, map, multimap内部采用的就是一种非常高效的平衡检索二叉树:红黑树,也成为RB树(Red-Black Tree)。RB树的统计性能要好于一般的平衡二叉树(有些书籍根据作者姓名,Adelson-Velskii和Landis,将其称为AVL-树),所以被STL选择作为了关联容器的内部结构。本文并不会介绍详细AVL树和RB树的实现以及他们的优劣,关于RB树的详细实现参看红黑树: 理论与实现(理论篇)。本文针对开始提出的几个问题的回答,来向大家简单介绍map和set的底层数据结构。
为何map和set的插入删除效率比用其他序列容器高?
大部分人说,很简单,因为对于关联容器来说,不需要做内存拷贝和内存移动。说对了,确实如此。map和set容器内所有元素都是以节点的方式来存储,其节点结构和链表差不多,指向父节点和子节点。结构图可能如下:
A
/ /
B C
/ / / /
D E F G
因此插入的时候只需要稍做变换,把节点的指针指向新的节点就可以了。删除的时候类似,稍做变换后把指向删除节点的指针指向其他节点就OK了。这里的一切操作就是指针换来换去,和内存移动没有关系。
为何每次insert之后,以前保存的iterator不会失效?
看见了上面答案的解释,你应该已经可以很容易解释这个问题。iterator这里就相当于指向节点的指针,内存没有变,指向内存的指针怎么会失效呢(当然被删除的那个元素本身已经失效了)。相对于vector来说,每一次删除和插入,指针都有可能失效,调用push_back在尾部插入也是如此。因为为了保证内部数据的连续存放,iterator指向的那块内存在删除和插入过程中可能已经被其他内存覆盖或者内存已经被释放了。即使时push_back的时候,容器内部空间可能不够,需要一块新的更大的内存,只有把以前的内存释放,申请新的更大的内存,复制已有的数据元素到新的内存,最后把需要插入的元素放到最后,那么以前的内存指针自然就不可用了。特别时在和find等算法在一起使用的时候,牢记这个原则:不要使用过期的iterator。
为何map和set不能像vector一样有个reserve函数来预分配数据?
我以前也这么问,究其原理来说时,引起它的原因在于在map和set内部存储的已经不是元素本身了,而是包含元素的节点。也就是说map内部使用的Alloc并不是map<Key, Data, Compare, Alloc>声明的时候从参数中传入的Alloc。例如:
map<int, int, less<int>, Alloc<int> > intmap;
这时候在intmap中使用的allocator并不是Alloc<int>, 而是通过了转换的Alloc,具体转换的方法时在内部通过Alloc<int>::rebind重新定义了新的节点分配器,详细的实现参看彻底学习STL中的Allocator。其实你就记住一点,在map和set内面的分配器已经发生了变化,reserve方法你就不要奢望了。
当数据元素增多时(10000和20000个比较),map和set的插入和搜索速度变化如何?
如果你知道log2的关系你应该就彻底了解这个答案。在map和set中查找是使用二分查找,也就是说,如果有16个元素,最多需要比较4次就能找到结果,有32个元素,最多比较5次。那么有10000个呢?最多比较的次数为log10000,最多为14次,如果是20000个元素呢?最多不过15次。看见了吧,当数据量增大一倍的时候,搜索次数只不过多了1次,多了1/14的搜索时间而已。你明白这个道理后,就可以安心往里面放入元素了。
最后,对于map和set Winter还要提的就是它们和一个c语言包装库的效率比较。在许多unix和linux平台下,都有一个库叫isc,里面就提供类似于以下声明的函数:
void tree_init(void **tree);
void *tree_srch(void **tree, int (*compare)(), void *data);
void tree_add(void **tree, int (*compare)(), void *data, void (*del_uar)());
int tree_delete(void **tree, int (*compare)(), void *data,void (*del_uar)());
int tree_trav(void **tree, int (*trav_uar)());
void tree_mung(void **tree, void (*del_uar)());
许多人认为直接使用这些函数会比STL map速度快,因为STL map中使用了许多模板什么的。其实不然,它们的区别并不在于算法,而在于内存碎片。如果直接使用这些函数,你需要自己去new一些节点,当节点特别多,而且进行频繁的删除和插入的时候,内存碎片就会存在,而STL采用自己的Allocator分配内存,以内存池的方式来管理这些内存,会大大减少内存碎片,从而会提升系统的整体性能。Winter在自己的系统中做过测试,把以前所有直接用isc函数的代码替换成map,程序速度基本一致。当时间运行很长时间后(例如后台服务程序),map的优势就会体现出来。从另外一个方面讲,使用map会大大降低你的编码难度,同时增加程序的可读性。何乐而不为?
stl-基本知识的更多相关文章
- C++ STL小知识
五种迭代器: 在STL中,迭代器主要分为5类,分别是:输入迭代器.输出迭代器.前向迭代器.双向迭代器和随机访问迭代器. 输入迭代器 :只读,支持++.==.!=: 输出迭代器 :只写,支持++: 前向 ...
- STL基础知识
一,STL的组成 1.什么是STL STL(Standard Template Library)标准模板库的简称,是由惠普开发的一系列软件的总称,STL现在是C++的一部分,已经被构建于编译系统之内, ...
- C++ STL常用知识
模板(各种类型通用): template<class 模板名> 注意:若要使用模板,在每个自定义函数前都必须加上此定义. 排序(algorithm头文件): sort(头指针l,尾指针r) ...
- 浅析C++基础知识
近期想对C++的面试题目进行一下更加详细的整理.事实上认真思考一下C++程序猿的面试,我们能够发现对程序猿的能力的考察总是万变不离当中,这些基础知识主要分为五部分:一. C/C++基础知识 二. C/ ...
- STL学习心得
STL的知识翻来复去,也就那么回事,但是真的想要熟练使用,要下一番功夫.无论是算法,还是STL容器,直白的说就是套路,然而对于一道题,告诉你是STL容器的题,让你套容器也绝非易事. 怎样使用容器,对于 ...
- 阿里巴巴算法工程师四面(三轮技术+hr面)详细面经
阿里面试总结: 一遍一遍地刷阿里网站,今天发现“面试中”变成“待跟进offer”了,写个面经攒人品,希望offer通知邮件早点来吧. 我当时投简历时投了C/C++工程师,其实也没经过啥考虑,因为我一开 ...
- 软工 · 第十二次作业 - Beta答辩总结
福大软工 · 第十二次作业 - Beta答辩总结 写第十二次的时候操作失误直接在Beta版本的博客里改了...第七次冲刺的作业链接补在这里 Beta(7/7) 组长本次博客作业链接 项目宣传视频链接 ...
- 软工实践Beta冲刺答辩
福大软工 · 第十二次作业 - Beta答辩总结 组长本次博客作业链接 项目宣传视频链接 本组成员 1 . 队长:白晨曦 031602101 2 . 队员:蔡子阳 031602102 3 . 队员:陈 ...
- 第十一次作业 - Alpha 事后诸葛亮(团队)
软工 · 第十一次作业 - Alpha 事后诸葛亮(团队) 组长本次作业链接 现代软件工程 项目Postmortem 设想和目标 1.我们的软件要解决什么问题?是否定义得很清楚?是否对典型用户和典型场 ...
- Alpha冲刺(十)
Information: 队名:彳艮彳亍团队 组长博客:戳我进入 作业博客:班级博客本次作业的链接 Details: 组员1(组长)柯奇豪 过去两天完成了哪些任务 本人负责的模块(共享编辑)的前端 ...
随机推荐
- RDLC直接打印帮助类
代码 /// <summary> /// 打印帮助类 /// </summary> public class PrintHelper { private int m_curre ...
- 【C#】【MySQL】C# 查询数据库语句@Row:=@Row+1
如何实现数据库查询产生虚拟的一列序号的功能: ) )AS r; 该语句可以实现产生虚拟的一列数据在MySQL中运行没有问题. 但是在C#里面调用去出现了错误"Parameter '@ROW' ...
- IP包格式
网络层提供的服务就是在不同网段之间转发数据包. Ip包结构 1,格式(每行4byte*5) 2,版本 V4 V6 3,首部长度 20(固定)+可变长度 ,区分服务 Win2008开始:gpedit. ...
- 联想Y50p预装win8系统改为win7
&1 修改OS Optimized Defaults 开机,按[F2]进入BIOS设置,按右方向键选择到EXIT上面,按下方向键选择OS Optimized Defaults,回车,将Win8 ...
- 使用WITH AS提高性能简化嵌套SQL(转)
http://www.cnblogs.com/fygh/archive/2011/08/31/2160266.html 一.WITH AS的含义 WITH AS短语,也叫做子查询部分(subquery ...
- SQL脚本循环修改数据库字段类型
数据库在设计的时候也许考虑不全面,导致某些字段类型不太准确.比如设计的时候是varchar(1024),但是实际使用的时候却发现太小了,装不下,于是需要修改字段类型为ntext什么的. 我最近就遇到了 ...
- 在MacBook Air 上装Win10的,反反复复的失败过程。
这个月初,一个女性朋友托我帮她装电脑,往MacBook Air上面装Windows 系统,原因是windows用的习惯,用起来顺手.然后用脚趾头考虑了一下,就一口答应下来了.难道这就是一个标准程序员的 ...
- 公司ERP系统重构那些事
记一次会议,我提出插件化的想法,有支持也有反对,其中"系统架构师"表示插件化后的项目没什么意义,今天来讨论项目是否需要插件化的一些观点. 项目背景 公司内部"ERP&qu ...
- 百度地图 IOS版开发经验分享
最近刚完成app中地图的应用,感觉非常的曲折,折腾了很久,刚才开始一直不能成功使用百度地图api,报一大堆的错误,后来换到高德地图,又发现服务端使用的百度的经纬度,又从高德换回百度,泪奔. 这里简单比 ...
- 编写高质量代码改善C#程序的157个建议[正确操作字符串、使用默认转型方法、却别对待强制转换与as和is]
前言 本文主要来学习记录前三个建议. 建议1.正确操作字符串 建议2.使用默认转型方法 建议3.区别对待强制转换与as和is 其中有很多需要理解的东西,有些地方可能理解的不太到位,还望指正. 建议1. ...