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如何选出最适合的C++ STL容器?

到此为止,本教程已经讲解了 C++ STL 标准库中所有容器的特性、功能以及用法,但考虑到一些读者可能在纠结“什么场景中选用哪个容器”这个问题,本节将带领大家系统回顾一下所学的这些容器,并给出一个解决此问题的思路。

值得一提的是,虽然 STL 标准库还有迭代器、算法、函数对象等,但容器仍是大多数 C++ 程序员关注的焦点。首先,和普通数组相比,容器支持动态扩容和收缩,还可以自行管理存储的元素(例如排序),同时还提供有诸多成员方法,大大提高了开发效率等等。其次,每个容器的底层实现,都采用的是精心挑选的数据结构,这意味着在使用这些容器时,不用担心它们的执行效率。

总的来说,C++ STL 标准库(以 C++ 11 为准)提供了以下几种容器供我们选择:
  1. 序列式容器:array、vector、deque、list 和 forward_list;
  2. 关联式容器:map、multimap、set 和 multiset;
  3. 无序关联式容器:unordered_map、unordered_multimap、unordered_set 和 unordered_multiset;
  4. 容器适配器:stack、queue 和 priority_queue。

注意,容器适配器本质上也属于容器,关于以上各个容器适配器,后续章节会做详细讲解。

上面是依据容器类型进行分类的。实际上,每个容器所具有的特性都和其底层选用的存储结构息息相关。根据容器底层采用的是连续的存储空间,还是分散的存储空间(以链表或者树作为存储结构),还可以将上面容器分为如下两类:
  1. 采用连续的存储空间:array、vector、deque;
  2. 采用分散的存储空间:list、forward_list 以及所有的关联式容器和哈希容器。

注意,这里将 deque 容器归为使用连续存储空间的这一类,是存在争议的。因为 deque 容器底层采用一段一段的连续空间存储元素,但是各段存储空间之间并不一定是紧挨着的。关于 deque 容器的底层存储结构(可阅读《C++ STL deque底层实现原理》一节详细了解),读者理解即可,这里不必深究。

既然 C++ STL 标准库提供了这么多种容器,在实际场景中我们应该如何选择呢?

要想选择出适用于该特定场景的最佳容器,需要综合考虑多种实际因素,例如:
  • 是否需要在容器的指定位置插入新元素?如果需要,则只能选择序列式容器,而关联式容器和哈希容器是不行的;
  • 是否对容器中各元素的存储位置有要求?如果没有,则可以考虑使用哈希容器,反之就要避免使用哈希容器;
  • 是否需要使用指定类型的迭代器?举个例子,如果必须是随机访问迭代器,则只能选择 array、vector、deque;如果必须是双向迭代器,则可以考虑 list 序列式容器以及所有的关联式容器;如果必须是前向迭代器,则可以考虑 forward_list 序列式容器以及所有的哈希容器;
  • 当发生新元素的插入或删除操作时,是否要避免移动容器中的其它元素?如果是,则要避开 array、vector、deque,选择其它容器;
  • 容器中查找元素的效率是否为关键的考虑因素?如果是,则应优先考虑哈希容器。

当然,以上问题并没有涵盖所有的情形,只是起到一个抛砖引玉的作用。在实际场景中,我们需要考虑更多的因素(例如对比各个容器解决当前问题所需的时间复杂度),经过层层筛选,最终找到适合该场景的那个容器。

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