STL map和set的使用雖不復(fù)雜，但也有一些不易理解的地方，如：

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或許有得人能回答出來(lái)大概原因，但要徹底明白，還需要了解STL的底層數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

C++ STL 之所以得到廣泛的贊譽(yù)，也被很多人使用，不只是提供了像vector, string, list等方便的容器，更重要的是STL封裝了許多復(fù)雜的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)算法和大量常用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)操作。vector封裝數(shù)組，list封裝了鏈表，map和set封裝了二叉樹(shù)等，在封裝這些數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的時(shí)候，STL按照程序員的使用習(xí)慣，以成員函數(shù)方式提供的常用操作，如：插入、排序、刪除、查找等。讓用戶在STL使用過(guò)程中，并不會(huì)感到陌生。

C++ STL中標(biāo)準(zhǔn)關(guān)聯(lián)容器set, multiset, map, multimap內(nèi)部采用的就是一種非常高效的平衡檢索二叉樹(shù)：紅黑樹(shù)，也成為RB樹(shù)(Red-Black Tree)。RB樹(shù)的統(tǒng)計(jì)性能要好于一般的平衡二叉樹(shù)(有些書(shū)籍根據(jù)作者姓名，Adelson-Velskii和Landis，將其稱為AVL-樹(shù))，所以被STL選擇作為了關(guān)聯(lián)容器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。本文并不會(huì)介紹詳細(xì)AVL樹(shù)和RB樹(shù)的實(shí)現(xiàn)以及他們的優(yōu)劣，關(guān)于RB樹(shù)的詳細(xì)實(shí)現(xiàn)參看紅黑樹(shù): 理論與實(shí)現(xiàn)(理論篇)。本文針對(duì)開(kāi)始提出的幾個(gè)問(wèn)題的回答，來(lái)向大家簡(jiǎn)單介紹map和set的底層數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

為何map和set的插入刪除效率比用其他序列容器高？

大部分人說(shuō)，很簡(jiǎn)單，因?yàn)閷?duì)于關(guān)聯(lián)容器來(lái)說(shuō)，不需要做內(nèi)存拷貝和內(nèi)存移動(dòng)。說(shuō)對(duì)了，確實(shí)如此。map和set容器內(nèi)所有元素都是以節(jié)點(diǎn)的方式來(lái)存儲(chǔ)，其節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)和鏈表差不多，指向父節(jié)點(diǎn)和子節(jié)點(diǎn)。結(jié)構(gòu)圖可能如下：

??????????? A
?????????? / /
????????? B?? C
???????? / / / /
??????? D? E F? G

因此插入的時(shí)候只需要稍做變換，把節(jié)點(diǎn)的指針指向新的節(jié)點(diǎn)就可以了。刪除的時(shí)候類似，稍做變換后把指向刪除節(jié)點(diǎn)的指針指向其他節(jié)點(diǎn)就OK了。這里的一切操作就是指針換來(lái)?yè)Q去，和內(nèi)存移動(dòng)沒(méi)有關(guān)系。

為何每次insert之后，以前保存的iterator不會(huì)失效？

看見(jiàn)了上面答案的解釋，你應(yīng)該已經(jīng)可以很容易解釋這個(gè)問(wèn)題。iterator這里就相當(dāng)于指向節(jié)點(diǎn)的指針，內(nèi)存沒(méi)有變，指向內(nèi)存的指針怎么會(huì)失效呢(當(dāng)然被刪除的那個(gè)元素本身已經(jīng)失效了)。相對(duì)于vector來(lái)說(shuō)，每一次刪除和插入，指針都有可能失效，調(diào)用push_back在尾部插入也是如此。因?yàn)闉榱吮ＷC內(nèi)部數(shù)據(jù)的連續(xù)存放，iterator指向的那塊內(nèi)存在刪除和插入過(guò)程中可能已經(jīng)被其他內(nèi)存覆蓋或者內(nèi)存已經(jīng)被釋放了。即使時(shí)push_back的時(shí)候，容器內(nèi)部空間可能不夠，需要一塊新的更大的內(nèi)存，只有把以前的內(nèi)存釋放，申請(qǐng)新的更大的內(nèi)存，復(fù)制已有的數(shù)據(jù)元素到新的內(nèi)存，最后把需要插入的元素放到最后，那么以前的內(nèi)存指針自然就不可用了。特別時(shí)在和find等算法在一起使用的時(shí)候，牢記這個(gè)原則：不要使用過(guò)期的iterator。

為何map和set不能像vector一樣有個(gè)reserve函數(shù)來(lái)預(yù)分配數(shù)據(jù)？

我以前也這么問(wèn)，究其原理來(lái)說(shuō)時(shí)，引起它的原因在于在map和set內(nèi)部存儲(chǔ)的已經(jīng)不是元素本身了，而是包含元素的節(jié)點(diǎn)。也就是說(shuō)map內(nèi)部使用的Alloc并不是map<Key, Data, Compare, Alloc>聲明的時(shí)候從參數(shù)中傳入的Alloc。例如：

map<int, int, less<int>, Alloc<int> > intmap;

這時(shí)候在intmap中使用的allocator并不是Alloc<int>, 而是通過(guò)了轉(zhuǎn)換的Alloc，具體轉(zhuǎn)換的方法時(shí)在內(nèi)部通過(guò)Alloc<int>::rebind重新定義了新的節(jié)點(diǎn)分配器，詳細(xì)的實(shí)現(xiàn)參看徹底學(xué)習(xí)STL中的Allocator。其實(shí)你就記住一點(diǎn)，在map和set內(nèi)面的分配器已經(jīng)發(fā)生了變化，reserve方法你就不要奢望了。

當(dāng)數(shù)據(jù)元素增多時(shí)（10000和20000個(gè)比較），map和set的插入和搜索速度變化如何？

如果你知道log2的關(guān)系你應(yīng)該就徹底了解這個(gè)答案。在map和set中查找是使用二分查找，也就是說(shuō)，如果有16個(gè)元素，最多需要比較4次就能找到結(jié)果，有32個(gè)元素，最多比較5次。那么有10000個(gè)呢？最多比較的次數(shù)為log10000，最多為14次，如果是20000個(gè)元素呢？最多不過(guò)15次。看見(jiàn)了吧，當(dāng)數(shù)據(jù)量增大一倍的時(shí)候，搜索次數(shù)只不過(guò)多了1次，多了1/14的搜索時(shí)間而已。你明白這個(gè)道理后，就可以安心往里面放入元素了。

最后，對(duì)于map和set Winter還要提的就是它們和一個(gè)c語(yǔ)言包裝庫(kù)的效率比較。在許多unix和linux平臺(tái)下，都有一個(gè)庫(kù)叫isc，里面就提供類似于以下聲明的函數(shù):

void tree_init(void **tree);
void *tree_srch(void **tree, int (*compare)(), void *data);
void tree_add(void **tree, int (*compare)(), void *data, void (*del_uar)());
int tree_delete(void **tree, int (*compare)(), void *data,void (*del_uar)());
int tree_trav(void **tree, int (*trav_uar)());
void tree_mung(void **tree, void (*del_uar)());

許多人認(rèn)為直接使用這些函數(shù)會(huì)比STL map速度快，因?yàn)镾TL map中使用了許多模板什么的。其實(shí)不然，它們的區(qū)別并不在于算法，而在于內(nèi)存碎片。如果直接使用這些函數(shù)，你需要自己去new一些節(jié)點(diǎn)，當(dāng)節(jié)點(diǎn)特別多，而且進(jìn)行頻繁的刪除和插入的時(shí)候，內(nèi)存碎片就會(huì)存在，而STL采用自己的Allocator分配內(nèi)存，以內(nèi)存池的方式來(lái)管理這些內(nèi)存，會(huì)大大減少內(nèi)存碎片，從而會(huì)提升系統(tǒng)的整體性能。Winter在自己的系統(tǒng)中做過(guò)測(cè)試，把以前所有直接用isc函數(shù)的代碼替換成map，程序速度基本一致。當(dāng)時(shí)間運(yùn)行很長(zhǎng)時(shí)間后（例如后臺(tái)服務(wù)程序），map的優(yōu)勢(shì)就會(huì)體現(xiàn)出來(lái)。從另外一個(gè)方面講，使用map會(huì)大大降低你的編碼難度，同時(shí)增加程序的可讀性。何樂(lè)而不為？?

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為何map和set的插入刪除效率比用其他序列容器高？
為何每次insert之后，以前保存的iterator不會(huì)失效？
為何map和set不能像vector一樣有個(gè)reserve函數(shù)來(lái)預(yù)分配數(shù)據(jù)？
當(dāng)數(shù)據(jù)元素增多時(shí)（10000到20000個(gè)比較），map和set的插入和搜索速度變化如何？

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轉(zhuǎn)載于:https://www.cnblogs.com/mtcnn/archive/2006/09/08/9410219.html

創(chuàng)作挑戰(zhàn)賽新人創(chuàng)作獎(jiǎng)勵(lì)來(lái)咯，堅(jiān)持創(chuàng)作打卡瓜分現(xiàn)金大獎(jiǎng)

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的学习STL map, STL set之数据结构基础的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。

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