STL各容器的底層實現及其優缺點

序列式容器

​ 序列式容器，即以線性排列（類似普通數組的存儲方式）來存儲某一指定類型（例如 int、double 等）的數據，需要特殊說明的是，該類容器並不會自動對存儲的元素按照值的大小進行排序。C++本身提供了array序列式容器，也就是普通的數組。

1.vector

​ vector和array很相似，唯一的區別是，array是靜態空間，大小一旦配置就無法更改。而vector是動態空間，更加靈活，隨着元素的增加，其內部機制會自動擴容。vector所采用的數據結構為線性連續空間，為了防止頻繁的擴容，vector在配置時一般會配置比用戶需求更大的空間，這就是容量的概率。容量始終是大於等於vector實際大小的。當滿載時，會以原大小的兩倍配置一塊新空間，將原空間的內容拷貝過來，釋放原空間。這時要注意原有的迭代器都會失效。

​ 由於vector底層線性連續空間的特點，其在尾部插入、刪除元素的效率最高，為O(1)。但其它位置的插入刪除效率為O(n)。vector是隨機存取的，所以訪問任意的效率較高。

2.list

​ 相較於vector的連續線性空間，list每次插入或刪除一個元素，就是配置獲釋放一個元素空間。list是一個雙向列表，其底層數據結構為一個雙向環狀列表，通過在環狀列表尾部添加一個空節點，使其滿足STL前閉后開的要求。

​ 因為雙向鏈表的特點，list插入刪除元素的效率為O(1)；但訪問任意元素的速度較慢，因為其不支持隨機訪問，只能從頭尾開始遍歷。

3.deque

​ deque表現為一個雙向列表。其底層實現是，動態的分段連續空間，不同於vector的一整塊連續空間，deque是通過中控器將分散的內存塊連成一塊，並動態的增加減少，可以說是邏輯上的連續空間。也因為其底層實現的復雜，除非必要，應盡量使用vector。對於deque的排序，為了提高效率，可以先復制到vector中排序，然后再復制回deque。

​ 得益於deque的底層實現，其在頭尾插入刪除元素為O(1)，但在任意位置插入刪除元素的時間復雜度為O(n)。

4. Stack，queue

​ stack，queue都是容器配接器，其底層是基於其它容器實現。stack的特點是元素先進后出，queue的特點是先進后出。

5. priority_queue

​ 優先隊列，是一個帶有價值觀念的queue，其內的元素並非按照被推入的順序排列，而是自動按照元素的權值排列。權值最高者，排在最前面。缺省情況下，STL中的priority_queue基於一個max_heap(大根堆)，而后者是一個vector變現的完全二叉樹(complete binary tree)。

關聯式容器

​ 關聯式容器不同於序列式容器，在存儲元素值的同時，還會為各元素額外再配備一個值（稱為“鍵”），它的功能是在使用關聯式容器的過程中，如果已知目標元素的鍵的值，則直接通過該鍵就可以找到目標元素，而無需再通過遍歷整個容器的方式。棄用序列式容器，轉而選用關聯式容器存儲元素，往往就是看中了關聯式容器可以快速查找、讀取或者刪除所存儲的元素，同時該類型容器插入元素的效率也比序列式容器高。

面對關聯式容器，應該使用容器所提供的find函數來搜尋元素，會比STL算法find()更有效率。因為STL算法find()只是循環搜尋。

關聯式容器沒有所謂頭尾，只有最大、最小元素，所以沒有，push_back(),pus_front()這類的操作。

1. map, set , multimap, multiset

​ 之所以把這四種容器放在一起，是因為它們的底層實現都是基於紅黑樹。

​ map的特性是，所有元素會依據元素的鍵值自動被排序。map的所有元素都是pair，即鍵值對（value和key)，map不允許擁有相同的鍵值。map不允許修改鍵值，允許修改實值。

​ set的特性是，所有元素會依據元素的鍵值自動被排序。set的元素，鍵值就是實值，實值就是鍵值，set不允許兩個元素有相同的元素。同時，由於set元素的特點，set的元素值是只讀的，因為set的值是其排列規則的依據，如果隨意修改，會破壞set 的組織。

​ multimap，multiset和map，set的唯一區別就是前者允許鍵值重復。

2. unordered_map，unordered_set, unordered_multimap, unordered_multiset

​ 這四種容器和非unordered版本的區別在於其底層實現，這四種均是基於hash表實現，所以默認是沒有順序的。

​ 選擇依據：

• 基於RB-tree的關聯式容器，空間占用率高，因為map內部實現了紅黑樹，雖然提高了運行效率，但是因為每一個節點都需要額外保存父節點、孩子節點和紅/黑性質，使得每一個節點都占用大量的空間。其查找時間復雜度為O(logn)。此外，容器內的元素是有序的。
• 基於hash表的關聯式容器，建表的過程時間消耗大，查找效率高，為O(1)，適用於有頻繁的查找的情況。元素內的元素是無序的。