深入解析C++ STL中的常用容器

STL是C/C++开发中一个非常重要的模板，而其中定义的各种容器也是非常方便我们大家使用。下面，我们就浅谈某些常用的容器。这里我们不涉及容器的基本操作之类，只是要讨论一下各个容器其各自的特点。STL中的常用容器包括：顺序性容器（vector、deque、list）、关联容器（map、set）、容器适配器（queue、stac）。

1、顺序性容器

（1）vector
vector是一种动态数组，在内存中具有连续的存储空间，支持快速随机访问。由于具有连续的存储空间，所以在插入和删除操作方面，效率比较慢。vector有多个构造函数，默认的构造函数是构造一个初始长度为0的内存空间，且分配的内存空间是以2的倍数动态增长的，即内存空间增长是按照20,21,22,23.....增长的，在push_back的过程中，若发现分配的内存空间不足，则重新分配一段连续的内存空间，其大小是现在连续空间的2倍，再将原先空间中的元素复制到新的空间中，性能消耗比较大，尤其是当元素是非内部数据时(非内部数据往往构造及拷贝构造函数相当复杂)。vector的另一个常见的问题就是clear操作。clear函数只是把vector的size清为零，但vector中的元素在内存中并没有消除，所以在使用vector的过程中会发现内存消耗会越来越多，导致内存泄露，现在经常用的方法是swap函数来进行解决：


代码如下:

vector<int> V;
V.push_back(1);
V.push_back(2);
V.push_back(1);
V.push_back(2);
vector<int>().swap(V);
//或者 V.swap(vector<int>());

利用swap函数，和临时对象交换，使V对象的内存为临时对象的内存，而临时对象的内存为V对象的内存。交换以后，临时对象消失，释放内存。

（2）deque
deque和vector类似，支持快速随机访问。二者最大的区别在于，vector只能在末端插入数据，而deque支持双端插入数据。deque的内存空间分布是小片的连续，小片间用链表相连，实际上内部有一个map的指针。deque空间的重新分配要比vector快，重新分配空间后，原有的元素是不需要拷贝的。

（3）list
list是一个双向链表，因此它的内存空间是可以不连续的，通过指针来进行数据的访问，这使list的随机存储变得非常低效，因此list没有提供[]操作符的重载。但list可以很好地支持任意地方的插入和删除，只需移动相应的指针即可。

（4）在实际使用时，如何选择这三个容器中哪一个，应根据你的需要而定，一般应遵循下面的原则：
1) 如果你需要高效的随即存取，而不在乎插入和删除的效率，使用vector
2) 如果你需要大量的插入和删除，而不关心随即存取，则应使用list
3) 如果你需要随即存取，而且关心两端数据的插入和删除，则应使用deque

2、关联容器

（1）map
map是一种关联容器，该容器用唯一的关键字来映射相应的值，即具有key-value功能。map内部自建一棵红黑树（一种自平衡二叉树），这棵树具有数据自动排序的功能，所以在map内部所有的数据都是有序的，以二叉树的形式进行组织。

这是map的模板：
template < class Key, class T, class Compare= less<Key>, class Allocator=allocator< pair<const Key,T> > > class map;

从模板中我们可以看出，再构造map时，是按照一定的顺序进行的。map的插入和删除效率比其他序列的容器高，因为对关联容器来说，不需要做内存的拷贝和移动，只是指针的移动。由于map的每个数据对应红黑树上的一个节点，这个节点在不保存你的数据时，是占用16个字节的，一个父节点指针，左右孩子指针，还有一个枚举值（标示红黑色），所以map的其中的一个缺点就是比较占用内存空间。

（2）set
set也是一种关联性容器，它同map一样，底层使用红黑树实现，插入删除操作时仅仅移动指针即可，不涉及内存的移动和拷贝，所以效率比较高。set中的元素都是唯一的，而且默认情况下会对元素进行升序排列。所以在set中，不能直接改变元素值，因为那样会打乱原本正确的顺序，要改变元素值必须先删除旧元素，再插入新元素。不提供直接存取元素的任何操作函数，只能通过迭代器进行间接存取。

set模板原型：
template <class Key, class Compare=class<Key>, class Alloc=STL_DEFAULT_ALLOCATOR(Key) > class set;

set支持集合的交(set_intersection)、差(set_difference)、并(set_union)及对称差(set_symmetric_difference) 等一些集合上的操作。

3、容器适配器

（1）queue
queue是一个队列，实现先进先出功能，queue不是标准的STL容器，却以标准的STL容器为基础。queue是在deque的基础上封装的。之所以选择deque而不选择vector是因为deque在删除元素的时候释放空间，同时在重新申请空间的时候无需拷贝所有元素。

其模板为：
template < TYPENAME _Sequence="deque<_TP" typeneam _Tp,> > class queue;

（2）stack
stack是实现先进后出的功能，和queue一样，也是内部封装了deque，这也是为啥称为容器适配器的原因吧（纯属猜测）。自己不直接维护被控序列的模板类，而是它存储的容器对象来为它实现所有的功能。stack的源代码原理和实现方式均跟queue相同。