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代码随想录八股训练营第三十六天| C++

前言

一、push_back()和emplace_back()的区别?

1.1.push_back():

1.2.emplace_back():

1.3.区别总结:

1.4.使用场景:

二、map dequeu list 的实现原理?

2.1.std::map:

2.2. std::deque:

2.3. std::list:

2.4. 区别总结:

总结


前言

在C++编程中,选择合适的容器对于优化程序性能和内存使用至关重要。std::vectorstd::mapstd::dequestd::list是C++标准库中常用的几种容器,它们各自具有独特的特性和适用场景。理解这些容器的实现原理和操作方法,可以帮助开发者更加高效地使用它们。本文将详细探讨push_back()emplace_back()的区别,以及std::mapstd::dequestd::list的实现原理。


一、push_back()和emplace_back()的区别?

在C++标准库中,push_back()emplace_back()都是用于向容器(如std::vectorstd::list等)的末尾添加元素的成员函数。它们的主要区别在于元素的添加方式:

1.1.push_back():

  • push_back()函数接受一个元素作为参数,这个元素可以是一个对象、一个对象的拷贝或者是一个对象的移动引用。
  • 当你使用push_back()时,如果传入的是一个对象的拷贝,那么这个对象会被拷贝构造到容器中。如果传入的是一个对象的移动引用,那么这个对象会被移动构造到容器中。
container.push_back(value);

1.2.emplace_back():

  • emplace_back()函数接受一个或多个参数,这些参数将被用来就地(in-place)构造一个元素,即直接在容器的内存空间中构造元素,而不需要先构造一个临时对象再拷贝或移动。
  • emplace_back()通常用于避免不必要的拷贝或移动操作,提高效率。
container.emplace_back(arg1, arg2, ...);

1.3.区别总结

  • push_back()总是涉及到对象的拷贝或移动,而emplace_back()则直接在容器的内存中构造对象。
  • emplace_back()通常比push_back()更高效,因为它避免了额外的拷贝或移动操作。
  • emplace_back()允许使用初始化列表来构造对象,这在某些情况下非常有用,比如当你需要构造一个对象,而这个对象的构造函数不接受单独的参数时。

1.4.使用场景:

  • 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。
std::vector<int> vec;
vec.push_back(10);  // 拷贝或移动10到vec中
vec.emplace_back(20);  // 直接在vec中构造一个值为20的int对象

二、map dequeu list 的实现原理?

在C++标准库中,std::mapstd::dequestd::list是三种不同的容器,它们各自有不同的实现原理和数据结构:

2.1.std::map:

  • 数据结构std::map通常是基于红黑树实现的。红黑树是一种自平衡的二叉搜索树,它保证了树的平衡性,使得最坏情况下的查找、插入和删除操作的时间复杂度为O(log n)。
  • 元素存储: 每个节点存储一个键值对(std::pair<const Key, T>),其中键是唯一的,并且按照键的顺序自动排序。
  • 操作: 插入、删除和查找操作都是通过对红黑树进行相应的树操作来完成的,如旋转和重新着色。

2.2. std::deque:

  • 数据结构std::deque(double-ended queue)通常由一个或多个动态数组(也称为块)和一个指向这些数组的指针数组组成。每个动态数组可以存储固定数量的元素。
  • 元素存储: 元素可以存储在这些动态数组中的任意位置,std::deque维护了指向这些数组的指针,以及每个数组中元素的起始和结束位置。
  • 操作: 在两端插入和删除元素是非常高效的,因为可以在常数时间内完成,不需要移动其他元素。但是,如果需要在中间位置插入或删除元素,则可能需要移动多个元素,这在最坏情况下的时间复杂度为O(n)。

2.3. std::list:

  • 数据结构std::list是一个双向链表。每个节点包含一个元素和两个指针,分别指向前一个节点和后一个节点。
  • 元素存储: 元素在链表中按顺序存储,每个元素都通过指针与前一个和后一个元素相连。
  • 操作: 插入和删除操作非常高效,因为只需要修改相邻节点的指针。这些操作的时间复杂度为O(1),前提是你已经有了要插入或删除位置的迭代器。查找特定元素需要从头开始遍历链表,直到找到目标元素,因此查找操作的时间复杂度为O(n)。

2.4. 区别总结:

  • std::map提供了基于键的快速查找和有序存储,但不支持在中间位置的高效插入和删除。
  • std::deque提供了在两端的快速插入和删除,以及随机访问能力,但不支持基于键的查找。
  • std::list提供了高效的插入和删除操作,无论位置如何,但不支持随机访问和基于键的查找。

总结

本文首先分析了push_back()emplace_back()这两种向容器添加元素的方法。push_back()通过拷贝或移动对象来添加元素,而emplace_back()则直接在容器内存中构造对象,避免了不必要的拷贝或移动,从而提高了效率。接着,文章深入探讨了std::mapstd::dequestd::list三种容器的实现原理和数据结构。std::map基于红黑树,提供了基于键的快速查找和有序存储;std::deque由动态数组组成,支持两端的快速插入和删除;std::list则是一个双向链表,提供了高效的插入和删除操作。每种容器都有其特定的使用场景和性能特点,选择合适的容器对于提高程序的效率和性能至关重要。

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