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一、vector和list的区别#xff1f;
1.1.存储方式#xff1a;
1.2.随机访问#xff1a;
1.3.插入和删除操作#xff1a;
1.4.内存使用#xff1a;
1.5.容量和大小#xff1a;
1.6.迭代器类型#xff1a;
1.7.用途#xff1a;
二、vector 底层原理和扩容过…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 capacityvector 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。
