
C++ STL容器的insert和erase操作,用对了能提升效率,用错了可能埋下性能隐患。关键在于理解不同容器的特性以及操作背后的复杂度。
理解并高效使用C++ STL容器的insert和erase操作,核心在于选择合适的容器和操作方式,避免不必要的性能损失。
如何选择合适的STL容器?选择容器是第一步,直接影响后续insert和erase的效率。
vector适合尾部操作,中间插入删除代价较高;
list擅长任意位置插入删除,但随机访问慢;
deque则在头部和尾部插入删除效率较高。
set和
map基于红黑树,插入删除有log(n)的复杂度,且自动排序。所以,先搞清楚你的需求:频繁在中间插入删除?还是主要在头部尾部操作?需要排序吗?
例如,如果你需要频繁在中间插入删除元素,
std::list或
std::forward_list可能是更好的选择。如果只需要在尾部添加元素,
std::vector通常是最快的。
vector的insert和erase操作为什么慢?
vector的insert和erase操作,如果不是在尾部,都需要移动元素。想象一下,你在一个已经排好队的队伍中间插入一个人,后面的人是不是都要往后挪一步?
vector就是这样,插入位置之后的元素都需要移动,erase也是同理。这会导致O(n)的复杂度,n是插入或删除位置之后的元素数量。所以,如果需要频繁在
vector中间插入删除,最好考虑其他容器。
一个常见的优化技巧是,如果需要在
vector中删除多个元素,可以考虑使用
erase-remove惯用法。例如,删除所有值为
x的元素:
#include <algorithm>
#include <vector>
int main() {
std::vector<int> v = {1, 2, 3, 2, 4, 2, 5};
v.erase(std::remove(v.begin(), v.end(), 2), v.end());
// v 现在是 {1, 3, 4, 5}
return 0;
} 这个方法比循环遍历删除效率更高,因为它只需要移动一次元素。
list的insert和erase操作一定快吗?
list的insert和erase操作,只需要修改指针,不需要移动元素,所以效率很高,复杂度是O(1)。但是,
list的随机访问效率很低,需要从头开始遍历,所以如果你需要先找到插入或删除的位置,再进行操作,那么查找的代价可能会很高。
此外,需要注意的是,
list的insert和erase操作需要迭代器,如果迭代器失效了,会导致未定义行为。例如,在循环中使用erase操作时,需要特别小心:
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#include <iostream>
#include <list>
int main() {
std::list<int> lst = {1, 2, 3, 4, 5};
for (auto it = lst.begin(); it != lst.end(); ) {
if (*it % 2 == 0) {
it = lst.erase(it); // erase 返回下一个有效的迭代器
} else {
++it;
}
}
for (int i : lst)
std::cout << i << " ";
std::cout << std::endl;
return 0;
} 注意
erase返回的是下一个有效迭代器,必须用它来更新
it。
map和
set的insert和erase操作有什么需要注意的?
map和
set基于红黑树实现,插入和删除操作会自动维护树的平衡,所以复杂度是O(log n)。插入时,如果key已经存在,
map会更新value,
set则不会插入。删除时,需要注意迭代器失效的问题,和
list类似。
另外,
map和
set的insert操作可以使用
emplace方法,它可以避免不必要的拷贝或移动操作,提高效率。例如:
#include <iostream>
#include <map>
int main() {
std::map<int, std::string> myMap;
myMap.emplace(1, "value1"); // 避免创建临时对象
return 0;
} emplace直接在容器内部构造对象,避免了先创建对象再拷贝或移动的开销。 如何避免迭代器失效?
迭代器失效是使用STL容器时常见的坑。在insert和erase操作之后,有些迭代器会失效,导致程序崩溃或产生未定义行为。一般来说,
vector和
deque的insert和erase操作会导致插入或删除位置之后的迭代器失效,
list的erase操作只会导致被删除元素的迭代器失效,而
map和
set的erase操作也只会导致被删除元素的迭代器失效。
为了避免迭代器失效,可以遵循以下原则:
- 在循环中使用erase操作时,使用erase返回的迭代器更新迭代器。
- 尽量避免在insert或erase操作之后使用之前保存的迭代器。
- 使用基于范围的for循环(C++11引入)可以避免手动管理迭代器,从而减少迭代器失效的风险。
总的来说,理解不同容器的特性,选择合适的容器,并注意迭代器失效问题,才能高效安全地使用C++ STL容器的insert和erase操作。
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