c++模板库容器list vector map set操作和性能对比

文章目录

• list
• vector
• map
• set
• 性能比较
• 总结

list

列表（list）是C++ STL中的一种容器类型，它是一个双向链表，可以在任意位置高效地添加、删除、移动元素。

以下是一些常用的列表操作：

1. 创建列表

#include <list>
std::list<int> myList;

2. 添加元素

myList.push_back(1); // 在列表尾部添加元素
myList.push_front(2); // 在列表头部添加元素
myList.insert(myList.begin(), 3); // 在指定位置插入元素

3. 删除元素

myList.pop_back(); // 删除尾部元素
myList.pop_front(); // 删除头部元素
myList.erase(myList.begin()); // 删除指定位置的元素

4. 遍历列表

std::list<int>::iterator it;
for(it=myList.begin(); it!=myList.end(); ++it) {
    std::cout << *it << ' ';
}

5. 获取列表大小

std::cout << myList.size() << std::endl;

6. 判断列表是否为空

if(myList.empty()) {
    std::cout << "List is empty" << std::endl;
}

7. 清空列表

myList.clear();

8. 列表排序

myList.sort(); // 默认从小到大排序
myList.sort(std::greater<int>()); // 从大到小排序

9. 反转列表

myList.reverse();

以上是一些常用的列表操作，更多操作可以参考C++ STL中list的文档。

vector

C++中的vector是STL（标准模板库）中的容器之一，用于存储动态大小的元素序列。

以下是vector的常见操作：

1. 创建一个空的vector：

   vector<int> vec; // 创建一个空的vector<int>
   vector<string> strVec; // 创建一个空的vector<string>

2. 在vector末尾添加元素：

   vec.push_back(1); // 在vector末尾添加一个int类型元素1
   strVec.push_back("hello"); // 在vector末尾添加一个string类型元素"hello"

3. 访问vector中的元素：

   int firstElem = vec[0]; // 访问第一个元素
   string lastElem = strVec.back(); // 访问最后一个元素

4. 获取vector的大小：

   int size = vec.size(); // 获取vector中元素的个数
   bool isEmpty = strVec.empty(); // 判断vector是否为空

5. 删除vector中的元素：

   vec.pop_back(); // 删除vector末尾的一个元素
   strVec.erase(strVec.begin() + 2); // 删除vector中索引为2的元素

6. 清空vector中所有元素：

   vec.clear(); // 清空vector中所有元素
   strVec.resize(0); // 将vector的大小设置为0

7. 遍历vector中的所有元素：

   for (int i = 0; i < vec.size(); i++) {
       cout << vec[i] << " ";
   }
   
   for (auto s : strVec) {
       cout << s << " ";
   }

第二种方法可以使用C++11中的range-based for循环。

map

C++中的map是STL（标准模板库）中的关联容器之一，用于存储键值对。

以下是map的常见操作：

1. 创建一个空的map：

   map<string, int> myMap; // 创建一个空的map，键为string类型，值为int类型

2. 在map中插入键值对：

   myMap.insert(make_pair("apple", 10)); // 在map中插入键为"apple"，值为10的键值对
   myMap["banana"] = 20; // 在map中插入键为"banana"，值为20的键值对

3. 访问map中的元素或查找键：

   int value = myMap["apple"]; // 访问键为"apple"的值
   auto it = myMap.find("banana"); // 查找键为"banana"的迭代器
   if (it != myMap.end()) {
       int value = it->second; // 获取迭代器指向的值
   }

4. 获取map的大小：

   int size = myMap.size(); // 获取map中键值对的个数
   bool isEmpty = myMap.empty(); // 判断map是否为空

5. 删除map中的键值对：

   myMap.erase("apple"); // 删除键为"apple"的键值对
   auto it = myMap.find("banana");
   if (it != myMap.end()) {
       myMap.erase(it); // 删除迭代器指向的键值对
   }

6. 清空map中的所有键值对：

   myMap.clear(); // 清空map中的所有键值对

7. 遍历map中的所有键值对：

   for (auto it = myMap.begin(); it != myMap.end(); it++) {
       cout << it->first << ": " << it->second << endl;
   }
   
   for (auto elem : myMap) {
       cout << elem.first << ": " << elem.second << endl;
   }

第二种方法可以使用C++11中的range-based for循环。

set

C++中的set是STL（标准模板库）中的关联容器之一，用于存储不重复的元素，并按照一定顺序进行排序。

以下是set的常见操作：

1. 创建一个空的set：

   set<int> mySet; // 创建一个空的set，元素为int类型

2. 在set中插入元素：

   mySet.insert(10); // 在set中插入元素10
   mySet.insert(20); // 在set中插入元素20
   mySet.insert(30); // 在set中插入元素30

3. 访问set中的元素或查找元素：

   auto it = mySet.find(20); // 查找元素20的迭代器
   if (it != mySet.end()) {
       int value = *it; // 获取迭代器指向的值
   }

4. 获取set的大小：

   int size = mySet.size(); // 获取set中元素的个数
   bool isEmpty = mySet.empty(); // 判断set是否为空

5. 删除set中的元素：

   mySet.erase(20); // 删除元素20
   auto it = mySet.find(30);
   if (it != mySet.end()) {
       mySet.erase(it); // 删除迭代器指向的元素
   }

6. 清空set中的所有元素：

   mySet.clear(); // 清空set中的所有元素

7. 遍历set中的所有元素：

   for (auto it = mySet.begin(); it != mySet.end(); it++) {
       cout << *it << endl;
   }
   
   for (auto elem : mySet) {
       cout << elem << endl;
   }

第二种方法可以使用C++11中的range-based for循环。

性能比较

使用相同的算法，对vector、list和set进行插入数据和删除数据操作

//insert number to list,increasing sort
void insert_l(int arg){
	list<int>::iterator iter;
	for(iter = gl.begin();iter!=gl.end();iter++){//ergodic list
		if(arg<*iter){
			gl.insert(iter,arg);//insert number
			break;
		}
	}
	if(iter == gl.end()){
		gl.push_back(arg);//push back number
	}
}
//delete number from list
void delete_l(){
	default_random_engine e1(seed);//new random engine with seed
	while(!gl.empty()){
		uniform_int_distribution<unsigned> u(0,gl.size()-1);
		list<int>::iterator iter = gl.begin();//using iterator
		for(int i=0;i<u(e1);i++){
			iter++;
		}
		gl.erase(iter);//delete number
	}
}

结果

Data Size	Vector Time (s)	List Time (s)
10000	0.281257	0.527096
50000	6.792	23.2029
100000	26.824	107.947
150000	60.0688	333.013
200000	106.619	807.597

使用set在插入和删除200 000数据总共只用了2.2331秒、而vector用了106.619秒、list用了807.597秒

总结

vector的遍历性能明显比list要快。这是因为vector的元素是存储在一块连续的内存空间中，可以直接通过指针进行访问。而list的元素是通过链表相互连接起来的，无法直接访问，需要遍历整个链表才能访问某个元素，因此遍历性能相对较低。

vector和list在不同场景下有不同的优劣势，需要根据具体情况选择适合的容器。例如，需要随机访问或者高效的遍历操作时，可以选择vector；需要频繁的插入或者删除操作时，可以选择list。

set是基于红黑树实现的，红黑树是一种自平衡的二叉查找树，它具有快速的插入、删除和查找操作的时间复杂度，因此在处理大量数据时，set的性能表现会更好。