c++ 中的容器 vector、deque 和 list 的区别
表格汇总 :
容器 存储结构 随机访问性能 中间插入/删除性能 两端插入/删除性能 内存管理特点 迭代器类型 适用场景 vector
连续存储的动态数组 O ( 1 ) O(1) O ( 1 ) O ( n ) O(n) O ( n ) (需要移动元素)末尾: O ( 1 ) O(1) O ( 1 ) ,头部: O ( n ) O(n) O ( n ) 空间不足时重新分配并复制元素 随机访问迭代器 频繁随机访问,插入/删除在末尾 deque
分段连续存储 O ( 1 ) O(1) O ( 1 ) (稍逊于 vector
) O ( n ) O(n) O ( n ) (优于 vector
) O ( 1 ) O(1) O ( 1 ) 以块为单位分配内存,空间扩展更稳定 随机访问迭代器 两端高效插入/删除,需一定随机访问 list
双向链表,节点存储元素及前后指针 O ( n ) O(n) O ( n ) (需遍历) O ( 1 ) O(1) O ( 1 ) (仅需修改指针) O ( 1 ) O(1) O ( 1 ) 元素节点单独分配,可能碎片化 双向迭代器 频繁中间插入/删除,不依赖随机访问
存储结构 : vector
: 是一个动态数组,元素在内存中是连续存储的。这使得它可以像数组一样支持快速的随机访问,通过下标访问元素的时间复杂度为 O ( 1 ) O(1) O ( 1 ) 。例如,对于一个 std::vector<int> v;
,使用 v[2]
可以快速访问第三个元素(索引从 0 开始)。 deque
(双端队列) : 数据在内存中是分段连续存储的,对用户而言逻辑上是连续的。它也支持随机访问,不过效率比 vector
稍低,但仍为 O ( 1 ) O(1) O ( 1 ) 。例如,对于 std::deque<int> d;
,可以使用 d[3]
来访问第四个元素。 list
(双向链表) : 是一个双向链表,每个元素存储在一个节点中,节点包含数据和指向前一个及后一个节点的指针。这导致它不能直接根据下标进行随机访问,访问元素需要从头部或尾部开始遍历,时间复杂度为 O ( n ) O(n) O ( n ) ,其中 n
是元素的个数。 插入和删除元素的性能 : vector
: 在末尾插入和删除元素通常比较快,时间复杂度为 O ( 1 ) O(1) O ( 1 ) ,但当元素数量达到容器的容量时,插入元素会触发扩容操作,需要重新分配内存和复制元素,性能开销较大。在中间插入或删除元素时,需要移动其后的元素,时间复杂度为 O ( n ) O(n) O ( n ) 。例如,v.insert(v.begin() + 2, 5);
会将元素 5 插入到 v
的第三个位置,其后的元素会向后移动。 deque
: 在两端插入和删除元素都非常快,时间复杂度为 O ( 1 ) O(1) O ( 1 ) 。在中间插入或删除元素时,性能比 vector
好,因为不需要移动大量元素,但仍然比 list
慢,时间复杂度为 O ( n ) O(n) O ( n ) 。例如,d.push_front(1);
和 d.push_back(2);
分别在 deque
的前端和后端插入元素。 list
: 在任何位置插入和删除元素都很快,只要有指向该位置的迭代器,时间复杂度为 O ( 1 ) O(1) O ( 1 ) ,因为只需要修改前后节点的指针,不涉及元素的移动。例如,对于 std::list<int> l;
,使用 l.insert(l.begin(), 3);
插入元素 3 时,只需调整指针。 内存管理 : vector
: 当空间不足时,会分配一个更大的连续内存空间,将原元素复制过去,释放原空间。这可能导致性能开销和内存浪费(预留但未使用的空间)。例如,当 v
的元素数量超过其容量时,会重新分配更大的内存空间。 deque
: 以块为单位分配内存,当需要更多空间时,会分配新的块,不需要像 vector
那样大规模复制元素,因此在空间扩展时相对更稳定。 list
: 每个元素节点单独分配内存,插入元素时为新节点分配内存,不会出现 vector
那样的整体复制和重新分配问题,但可能导致内存碎片化,因为节点是分散存储的。 迭代器特性 : vector
: 迭代器是随机访问迭代器,可以进行加、减操作,支持 operator[]
。在插入或删除元素时,可能导致迭代器失效,特别是在扩容时,迭代器和指针、引用都可能失效。 deque
: 迭代器是随机访问迭代器,但在中间插入或删除元素时,部分迭代器可能失效,因为存储是分段的。 list
: 迭代器是双向迭代器,只能进行前后移动,不支持 operator[]
。在插入或删除元素时,只有被操作元素的迭代器失效,其他迭代器不受影响。 适用场景 : vector
: 适合需要频繁随机访问元素,并且元素的插入和删除操作主要在末尾进行的场景。例如,存储一组学生成绩,经常根据索引查询成绩,成绩的添加和删除多在末尾。 deque
: 适用于需要在两端高效插入和删除元素,同时也需要一定程度随机访问能力的情况。例如,实现一个双端操作的队列,或者一个窗口滑动的数据结构。 list
: 适用于需要频繁在容器中间插入和删除元素,对随机访问性能要求不高的情况。例如,实现一个文本编辑器中的文本行存储,频繁插入和删除行操作。
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