C++ STL中各种数据结构操作的时间复杂度比较_stl时间复杂度

C++ STL中各种数据结构操作的时间复杂度比较

补充：

map, set, multimap, and multiset

上述四种容器采用红黑树实现，红黑树是平衡二叉树的一种。不同操作的时间复杂度近似为:

插入: O(logN)

查看:O(logN)

删除:O(logN)

hash_map, hash_set, hash_multimap, and hash_multiset

上述四种容器采用哈希表实现，不同操作的时间复杂度为：

插入:O(1)，最坏情况O(N)。

查看:O(1)，最坏情况O(N)。

删除:O(1)，最坏情况O(N)。

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1. vector

是动态数组，在堆中分配内存，元素连续存放，有保留内存，如果减少大小后，内存也不会释放；如果新值大于当前大小时才会重新分配内存

扩容方式：
                1、倍数开辟二倍的内存
                2、旧的数据开辟到新内存
                3、释放旧的内存
                4、指向新内存

特点：

• 拥有一段连续的内存空间，并且起始地址不变，因此能够非常好的支持随机存取，即[]操作符，但是由于它的内存空间是连续的，所以在头部和中间进行插入和删除操作会造成内存块的拷贝，另外，当该数组的内存空间不够时，需要重新申请一块足够大得内存并且进行内存的拷贝，这些都大大的影响了vector的效率。
• 对头部和中间进行添加删除元素操作需要移动内存，如果你得元素是结构或类，那么移动的同时还会进行构造和析构操作，所以性能不高
• 对任何元素的访问时间都是O(1)
• ，所以常用来保存需要经常进行随机访问的内容，并且不需要经常对中间元素进行添加删除操作
• 属性与string差不多，同样可以使用capacity看当前保留的内存，使用swap来减少它使用的内存，如push_back 1000个元素，capacity返回值为16384
• 对最后元素操作最快（在后面添加删除元素最快），此时一般不需要移动内存，只有保留内存不够时才需要

2. list(双向循环链表)

        元素存放在堆中，每个元素都是放在一块内存中，他的内存空间可以是不连续的，通过指针来进行数据的访问，这个特点使得它的随机存取变得非常没有效率，因此它没有提供[]操作符的重载。但是由于链表的特点，它可以很有效率的支持任意地方的删除和插入操作。

优点：可以在任意位置进行插入删除

缺点：访问效率低

特点：

• 没有空间预留习惯，所以每分配一个元素都会从内存中分配，每删除一个元素都会释放它占用的内存；
• 在哪里添加删除元素性能都很高，不需要移动内存，当然也不需要对每个元素都进行构造与析构了，所以常用来做随机插入和删除操作容器；
• 访问开始和最后两个元素最快，其他元素的访问时间都是O(n)；
• 如果经常进行添加和删除操作并且不经常随机访问的话，使用list

 

3.deque(双向队列) 

是一种优化了的、对序列两端元素进行添加和删除操作的基本序列容器。它允许较为快速地随机访问，但它不像vector 把所有的对象保存在一块连续的内存块，而是采用多个连续的存储块，并且在一个映射结构中保存对这些块及其顺序的跟踪。向deque 两端添加或删除元素的开销很小。它不需要重新分配空间，所以向末端增加元素比vector 更有效。

deque 是对vector 和list 优缺点的结合，它是处于两者之间的一种容器。

特点：

• 随机访问方便；
• 可以在内部进行插入和删除操作；
• 可以在两端进行push和pop

4.map

map由红黑树实现，其元素都是键值对，每个元素的键是排序的准则，每个键只能出现一次，不允许重复

特点

1）元素为键值对形式，键和值可以是任意类型

2）因为key有序，所以可以通过二分对key进行快速查找

3）增加和删除结点对迭代器的影响很小，除了当前结点是迭代器指向的结点

4）对于迭代器来说，可以修改值，但是不能修改key

优缺点和适用场景

优点：适用平衡二叉树实现，便于元素查找，而且可以把值映射到另外一个值，可以创建字典

缺点：每次插入都需要调整红黑树，对效率存在一定的影响

适用场景：适用于需要储存一个字典，并要求方便的根据key找value的场景

5. set

set由红黑树实现，其内部元素依照其值自动排序，每个元素只出现一次，不允许重复(红黑树是平衡二叉树的一种)

特点

1）元素有序

2）无重复元素

3）插入删除操作的效率比序列容器高，因为对于关联容器来说，不需要做内存的拷贝和内存的移动

优缺点及适用场景

优点：使用平衡二叉树实现，便于元素查找，而且保持了元素的唯一性，支持自动排序

缺点：每次插入元素，都需要调整红黑树，效率有一定的影响

适用场景：适用与经常查找一个元素是否在某集群中并且不要排序的场景

6. multimap

multimap和map相同，但允许重复元素，也就是说multimap可包含多个键值（key）相同的元素。这里不再做过多介绍。 

7. multiset

multiset和set相同，只不过它允许重复元素，也就是说multiset可包括多个数值相同的元素。

(可用于求数列中最小的k个数——面试题40)

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其他：

stack，queue，prioroty_queue都属于容器配接器，是由容器按照特殊的逻辑实现的

小结:

1)如果需要高效的随机存取，不在乎插入和删除的效率，使用vector

2)如果需要大量的插入和删除元素，不关心随机存取的效率，使用list
3)如果需要随机存取，并且关心两端数据的插入和删除效率，使用deque
4)如果打算存储数据字典，并且要求方便地根据key找到value，一对一的情况使用map，一对多的情况使用multimap
5)如果打算查找一个元素是否存在于某集合中，唯一存在的情况使用set，不唯一存在的情况使用multiset