Effective STL 第1条:慎重选择容器类型

慎重选择容器类型

  • 一、C++提供的容器类型
    • [1. 标准STL序列容器](#1. 标准STL序列容器)
    • [2. 标准STL关联容器](#2. 标准STL关联容器)
    • [3. 非标准序列容器](#3. 非标准序列容器)
    • [4. 非标准关联容器](#4. 非标准关联容器)
    • [5. 标准非STL容器](#5. 标准非STL容器)
  • 二、如何选择容器类型
    • [1. 是否需要在任意位置插入或删除元素](#1. 是否需要在任意位置插入或删除元素)
    • [2. 是否需要高效的查找操作](#2. 是否需要高效的查找操作)
    • [3. 是否需要兼容C的布局](#3. 是否需要兼容C的布局)
    • [4. 是否需要高效的尾部操作](#4. 是否需要高效的尾部操作)
    • [5. 是否需要高效的随机访问](#5. 是否需要高效的随机访问)
    • [6. 是否需要高效的排序和查找](#6. 是否需要高效的排序和查找)
    • [7. 是否需要高效的插入和删除操作](#7. 是否需要高效的插入和删除操作)
    • [8. 是否需要高效的内存管理](#8. 是否需要高效的内存管理)
    • [9. 是否需要高效的分割和拼接操作](#9. 是否需要高效的分割和拼接操作)
    • [10. 是否需要高效的位操作](#10. 是否需要高效的位操作)
    • [11. 是否需要高效的数值计算](#11. 是否需要高效的数值计算)
    • [12. 是否需要高效的栈操作](#12. 是否需要高效的栈操作)
    • [13. 是否需要高效的优先队列操作](#13. 是否需要高效的优先队列操作)
    • [14. 是否需要高效的哈希表操作](#14. 是否需要高效的哈希表操作)
    • [15. 是否需要高效的引用计数技术](#15. 是否需要高效的引用计数技术)
  • 三、容器选择的注意事项
    • [1. 是否需要在任意位置插入或删除元素](#1. 是否需要在任意位置插入或删除元素)
    • [2. 是否需要高效的查找操作](#2. 是否需要高效的查找操作)
    • [3. 是否需要兼容C的布局](#3. 是否需要兼容C的布局)
    • [4. 是否需要高效的尾部操作](#4. 是否需要高效的尾部操作)
    • [5. 是否需要高效的随机访问](#5. 是否需要高效的随机访问)
    • [6. 是否需要高效的排序和查找](#6. 是否需要高效的排序和查找)
    • [7. 是否需要高效的插入和删除操作](#7. 是否需要高效的插入和删除操作)
    • [8. 是否需要高效的内存管理](#8. 是否需要高效的内存管理)
    • [9. 是否需要高效的分割和拼接操作](#9. 是否需要高效的分割和拼接操作)
    • [10. 是否需要高效的位操作](#10. 是否需要高效的位操作)
    • [11. 是否需要高效的数值计算](#11. 是否需要高效的数值计算)
    • [12. 是否需要高效的栈操作](#12. 是否需要高效的栈操作)
    • [13. 是否需要高效的优先队列操作](#13. 是否需要高效的优先队列操作)
    • [14. 是否需要高效的哈希表操作](#14. 是否需要高效的哈希表操作)
    • [15. 是否需要高效的引用计数技术](#15. 是否需要高效的引用计数技术)
  • 四、总结

在C++编程中,选择合适的容器类型对于程序的性能和可维护性至关重要。Effective STL的第一条建议就是"慎重选择容器类型",这要求开发者深入了解每种容器的特性和适用场景,以便在实际开发中做出最佳选择。本文将详细介绍C++中提供的各种容器类型,并提供选择容器时的指导原则。


一、C++提供的容器类型

C++标准库提供了丰富的容器类型,可以大致分为以下几类:

1. 标准STL序列容器

  • vector:基于动态数组实现,支持随机访问,尾部插入和删除效率高。默认情况下,vector是首选的容器类型。
  • string:专门用于存储字符序列的容器,本质上是vector的特化版本。
  • deque:双端队列,支持在头部和尾部高效插入和删除元素。
  • list:基于双向链表实现,支持高效的插入和删除操作,但随机访问效率较低。

2. 标准STL关联容器

  • setmultiset:有序集合,支持高效的查找、插入和删除操作。
  • mapmultimap:有序映射,支持键值对的高效查找、插入和删除。

3. 非标准序列容器

  • slist:单链表,性能优于list,但功能较少。
  • rope:用于处理长字符串的容器,支持高效的分割和拼接操作。

4. 非标准关联容器

  • hash_sethash_multisethash_maphash_multimap:基于哈希表实现的容器,提供平均O(1)的查找、插入和删除操作。

5. 标准非STL容器

  • bitset:用于处理位操作的容器。
  • valarray:用于数值计算的容器。
  • stack:基于容器的栈实现。
  • priority_queue:基于堆实现的优先队列。

二、如何选择容器类型

选择容器类型时,需要根据具体的使用场景和性能需求进行权衡。以下是一些常见的选择原则:

1. 是否需要在任意位置插入或删除元素

  • 如果需要在容器中间频繁插入或删除元素,应选择list
  • 如果插入和删除操作仅发生在尾部,可以选择deque
  • 如果不需要频繁插入和删除操作,可以选择vector

2. 是否需要高效的查找操作

  • 如果需要快速查找元素,可以选择setmaphash_sethash_map
  • hash容器(如hash_set和hash_map)的平均查找时间复杂度为O(1),是高效的选择。
  • 如果不关心容器的排序位置,可以优先选择hash容器

3. 是否需要兼容C的布局

  • 如果需要与C代码兼容,只能使用vector,因为其他容器不保证内存的连续性。

4. 是否需要高效的尾部操作

  • 如果需要频繁在尾部插入或删除元素,可以选择vectordeque
  • vector在尾部插入和删除操作中效率很高,但当容量不足时需要重新分配内存。
  • deque在尾部和头部的操作效率都很高,适合需要在两端频繁操作的场景。

5. 是否需要高效的随机访问

  • 如果需要随机访问元素,可以选择vectordeque
  • vector 支持高效的随机访问,而deque的随机访问效率较低。

6. 是否需要高效的排序和查找

  • 如果需要高效的排序和查找,可以选择setmultisetmapmultimap
  • setmap会自动对元素进行排序,支持高效的查找操作。

7. 是否需要高效的插入和删除操作

  • 如果需要在任意位置频繁插入和删除元素,可以选择list
  • 如果插入和删除操作仅发生在尾部或头部,可以选择deque
  • 如果不需要频繁插入和删除操作,可以选择vector

8. 是否需要高效的内存管理

  • 如果需要高效的内存管理,可以选择vectordeque
  • vectordeque 都支持动态内存管理,但vector的内存管理更简单。

9. 是否需要高效的分割和拼接操作

  • 如果需要高效的分割和拼接操作,可以选择rope
  • rope是专门用于处理长字符串的容器,支持高效的分割和拼接操作。

10. 是否需要高效的位操作

  • 如果需要高效的位操作,可以选择bitset
  • bitset是专门用于处理位操作的容器,支持高效的位操作。

11. 是否需要高效的数值计算

  • 如果需要高效的数值计算,可以选择valarray
  • valarray是专门用于数值计算的容器,支持高效的数值计算。

12. 是否需要高效的栈操作

  • 如果需要高效的栈操作,可以选择stack
  • stack是基于容器的栈实现,支持高效的栈操作。

13. 是否需要高效的优先队列操作

  • 如果需要高效的优先队列操作,可以选择priority_queue
  • priority_queue是基于堆实现的优先队列,支持高效的优先队列操作。

14. 是否需要高效的哈希表操作

  • 如果需要高效的哈希表操作,可以选择hash_sethash_multisethash_maphash_multimap
  • hash容器是基于哈希表实现的容器,支持高效的哈希表操作。

15. 是否需要高效的引用计数技术

  • 如果需要高效的引用计数技术,可以选择stringrope
  • stringrope都支持高效的引用计数技术。

三、容器选择的注意事项

在选择容器类型时,还需要考虑以下几点:

1. 是否需要在任意位置插入或删除元素

  • 如果需要在任意位置插入或删除元素,可以选择listdeque
  • 如果不需要在任意位置插入或删除元素,可以选择vector

2. 是否需要高效的查找操作

  • 如果需要高效的查找操作,可以选择setmaphash_sethash_map
  • hash容器的平均查找时间复杂度为O(1),是高效的选择。

3. 是否需要兼容C的布局

  • 如果需要与C代码兼容,只能使用vector,因为其他容器不保证内存的连续性。

4. 是否需要高效的尾部操作

  • 如果需要频繁在尾部插入或删除元素,可以选择vectordeque
  • vector在尾部插入和删除操作中效率很高,但当容量不足时需要重新分配内存。
  • deque在尾部和头部的操作效率都很高,适合需要在两端频繁操作的场景。

5. 是否需要高效的随机访问

  • 如果需要随机访问元素,可以选择vectordeque
  • vector 支持高效的随机访问,而deque的随机访问效率较低。

6. 是否需要高效的排序和查找

  • 如果需要高效的排序和查找,可以选择setmultisetmapmultimap
  • setmap会自动对元素进行排序,支持高效的查找操作。

7. 是否需要高效的插入和删除操作

  • 如果需要在任意位置频繁插入和删除元素,可以选择list
  • 如果插入和删除操作仅发生在尾部或头部,可以选择deque
  • 如果不需要频繁插入和删除操作,可以选择vector

8. 是否需要高效的内存管理

  • 如果需要高效的内存管理,可以选择vectordeque
  • vectordeque 都支持动态内存管理,但vector的内存管理更简单。

9. 是否需要高效的分割和拼接操作

  • 如果需要高效的分割和拼接操作,可以选择rope
  • rope是专门用于处理长字符串的容器,支持高效的分割和拼接操作。

10. 是否需要高效的位操作

  • 如果需要高效的位操作,可以选择bitset
  • bitset是专门用于处理位操作的容器,支持高效的位操作。

11. 是否需要高效的数值计算

  • 如果需要高效的数值计算,可以选择valarray
  • valarray是专门用于数值计算的容器,支持高效的数值计算。

12. 是否需要高效的栈操作

  • 如果需要高效的栈操作,可以选择stack
  • stack是基于容器的栈实现,支持高效的栈操作。

13. 是否需要高效的优先队列操作

  • 如果需要高效的优先队列操作,可以选择priority_queue
  • priority_queue是基于堆实现的优先队列,支持高效的优先队列操作。

14. 是否需要高效的哈希表操作

  • 如果需要高效的哈希表操作,可以选择hash_sethash_multisethash_maphash_multimap
  • hash容器是基于哈希表实现的容器,支持高效的哈希表操作。

15. 是否需要高效的引用计数技术

  • 如果需要高效的引用计数技术,可以选择stringrope
  • stringrope都支持高效的引用计数技术。

四、总结

选择合适的容器类型是C++编程中非常重要的一环。通过深入了解每种容器的特性和适用场景,开发者可以在实际开发中做出最佳选择,从而提高程序的性能和可维护性。希望本文能够帮助开发者更好地理解和应用Effective STL的第一条建议,即"慎重选择容器类型"。

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