前言
一、vector和list的区别?
1.1.存储方式:
1.2.随机访问:
1.3.插入和删除操作:
1.4.内存使用:
1.5.容量和大小:
1.6.迭代器类型:
1.7.用途:
二、vector 底层原理和扩容过程?
2.1.底层原理:
2.2. 扩容过程:
总结
前言
在C++ 编程中,选择合适的数据结构对于优化程序性能和资源使用至关重要。标准模板库(STL)提供了多种容器,其中 vector
和 list
是两种常用的序列容器,它们各自具有独特的特性和适用场景。了解这些容器的内部机制和性能特点,可以帮助开发者根据具体需求做出更合理的选择。
一、vector和list的区别?
在 C++ 中,vector
和 list
都是标准模板库(STL)中的序列容器,用于存储元素集合。它们的主要区别如下:
1.1.存储方式:
vector
是一个动态数组,它在内存中连续存储元素。这意味着元素在内存中是紧密排列的,类似于数组。list
是一个双向链表,每个元素由一个节点表示,节点之间通过指针连接。这种结构使得list
在插入和删除操作中更加灵活。
1.2.随机访问:
vector
支持随机访问,即可以通过下标直接访问任何元素,访问时间复杂度为 O(1)。list
不支持随机访问,访问特定元素需要从头或尾开始遍历,直到到达所需元素,访问时间复杂度为 O(n)。
1.3.插入和删除操作:
vector
在插入和删除元素时,如果需要移动内存中的元素来保持连续性,可能会有较高的开销。特别是当容器大小需要增长时,可能需要分配新的内存并复制现有元素。list
在插入和删除元素时,只需要调整节点之间的指针,不需要移动其他元素,因此在这些操作上通常比vector
更高效。
1.4.内存使用:
vector
通常在内存使用上更紧凑,因为它是一个连续的存储块。list
由于每个元素都需要额外的空间来存储指针(至少两个指针,指向前一个和后一个元素),因此内存使用上不如vector
紧凑。
1.5.容量和大小:
vector
维护了size
(当前元素数量)和capacity
(容器能够容纳的最大元素数量)两个概念。当size
达到capacity
时,vector
会进行扩容操作。list
没有capacity
的概念,它可以根据需要动态增长,不需要像vector
那样进行扩容。
1.6.迭代器类型:
vector
的迭代器支持随机访问,可以进行复杂的迭代操作,如std::sort
。list
的迭代器是双向迭代器,只能进行顺序访问,不支持随机访问。
1.7.用途:
vector
适合于需要频繁随机访问元素的场景,如数值计算、游戏开发中的动态数组等。list
适合于需要频繁插入和删除元素的场景,如实现算法中的链表结构、维护一个有序的元素集合等。
二、vector 底层原理和扩容过程?
在 C++ 中,std::vector
是一种序列容器,它封装了动态大小的数组。以下是 std::vector
的一些底层原理和扩容过程:
2.1.底层原理:
-
动态数组:
vector
内部使用一个连续的内存块来存储元素,这个内存块的大小可以通过capacity()
方法获取。 -
迭代器:
vector
提供了随机访问迭代器,这意味着你可以像使用普通数组一样通过下标访问元素。 -
内存管理:
vector
负责管理其内部数组的内存分配和释放。当元素被添加到vector
时,它会检查当前的容量是否足够。如果不够,它会进行扩容。 -
构造和析构:
vector
会为每个元素调用构造函数,当元素被移除或vector
被销毁时,会调用析构函数。
2.2. 扩容过程:
-
容量检查:当你尝试添加元素到
vector
时,如果当前vector
的size
等于capacity
,vector
需要扩容。 -
分配新内存:
vector
会分配一个新的内存块,通常这个新内存块的大小是当前容量的两倍,或者按照某个特定的增长策略。 -
复制元素:
vector
会使用拷贝或移动构造函数将现有元素从旧内存块复制到新内存块。 -
释放旧内存:一旦所有元素都被成功复制到新内存块,
vector
会释放旧内存块。 -
更新迭代器和指针:由于内存块的地址发生了变化,所有指向旧内存块的迭代器和指针都会失效。因此,任何在扩容前获取的迭代器都需要在扩容后重新获取。
-
性能考虑:扩容是一个昂贵的操作,因为它涉及到分配新内存、复制元素和释放旧内存。因此,频繁的扩容可能会导致性能问题。
-
手动控制:可以通过调用
reserve()
方法来手动设置vector
的容量,这样可以减少在添加元素时进行的扩容次数。 -
缩减容量:如果不再需要
vector
的额外容量,可以调用shrink_to_fit()
方法来请求减少vector
的内存使用,但这不保证容量会减少,因为标准库实现可能会忽略这个请求。
总结
vector
和 list
作为 C++ STL 中的两种序列容器,它们在数据存储、访问方式、操作效率等方面有着显著的差异。vector
提供了类似动态数组的功能,支持快速的随机访问,适合于需要频繁访问元素的场景。而 list
实现了双向链表,提供了高效的插入和删除操作,尤其适合于元素频繁变动的情况。开发者应根据实际应用的需求,权衡两者的优缺点,选择最合适的容器类型,以实现最优的性能和资源利用。