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本文解释并演示了 C++ 中 STL vector 和 list 容器之间的主要区别。

确定何时使用 C++ 中的 std::vector 与 std::list 容器

C++ STL 容器通常共享类似的接口来操作元素。尽管如此，还是应该探索这些数据结构的内部差异，为给定的问题选择最优化的容器。std::vector 函数通常被称为动态数组。它在内部自动管理动态内存并保持连续存储的元素类似于 C 类型数组。后一个特性使得在恒定时间内访问元素成为可能。

另一方面，std::list 命令实现了一种数据结构，其中元素作为双向链表进行管理。我们按原样表述前一句是因为 C++ 标准通常不会强制执行确切的实现为双向链表。尽管如此，它还是指定了标准库实现者需要满足的某些特征。

std::list 命令作为模板类提供，存储类似于 std::vector 的任何类型的对象。我们可以使用 push_back 或 push_front 成员函数将新元素存储到 std::list 对象中，它们都具有恒定的时间复杂度。至于 std::vector，我们只有 push_back，它具有平均常数复杂度。请注意，这些函数用于在给定对象的开头/结尾添加元素。

下面的示例代码演示了上述函数在每种容器类型上的基本用法。

#include <algorithm>
#include <iostream>
#include <list>

using std::cout; using std::endl;
using std::list; using std::vector;

int main() {
    vector<int> v = { 1, 2, 13, 84 };
    list<int> l = { 1, 2, 13, 84 };

    v.push_back(25);
    v.push_back(13);

    l.push_back(25);
    l.push_front(13);

    return EXIT_SUCCESS;
}

相反，如果我们想在给定位置插入一个新元素，我们需要利用 insert 成员函数。现在，此操作是 std::list 和 std::vector 之间的主要区别之一。通常，insert 操作对向量对象的开销比对列表对象的开销更大。

由于向量内容是连续存储的，每个新插入的元素都会迫使后面的元素向右移动，这取决于向量本身的大小。因此，如果我们需要在对象开头的中间进行多次插入，我们应该避免使用 vector 容器。如果是后者，我们宁愿使用 list 容器，因为一旦位置已知，在列表中的任何位置插入新元素需要恒定的时间。

我们在下一个代码示例中演示了插入时间差异，其中两个容器都用任意 100000 整数初始化，然后我们对每个对象的单个插入操作进行计时。请注意，我们为两个容器选择了一个相对中间的位置（39999），使用 std::search 函数检索。因此，在 list 的 vector 中插入一个新元素需要数百个因素。

由于元素删除操作与插入操作类似，与 vector 相比，它在 list 对象上的效率更高。不利的一面是，除了第一个和最后一个元素之外，list 元素没有固定时间访问操作。

#include <algorithm>
#include <iostream>
#include <list>
#include <random>
#include <sys/time.h>

using std::cout; using std::endl;
using std::list; using std::vector;


float time_diff(struct timeval *start, struct timeval *end)
{
    return (end->tv_sec - start->tv_sec) + 1e-6*(end->tv_usec - start->tv_usec);
}

const int MIN = 1;
const int MAX = 100;
const int CAPASITY = 100000;

int main() {
    struct timeval start{};
    struct timeval end{};

    std::random_device rd;
    std::mt19937 eng(rd());
    std::uniform_int_distribution<int> distr(MIN, MAX);

    vector<int> vec1;
    list<int> list1;

    vec1.reserve(CAPASITY);
    for (int i = 0; i < CAPASITY; ++i) {
        if (i % 39999 == 0) {
            vec1.push_back(111);
            continue;
        }
        vec1.push_back(distr(eng));
    }

    for (int i = 0; i < CAPASITY; ++i) {
        if (i % 39999 == 0) {
            list1.push_back(111);
            continue;
        }
        list1.push_back(distr(eng));
    }

    auto iter = std::find(vec1.begin(), vec1.end(), 111);
    gettimeofday(&start, nullptr);
    vec1.insert(iter, 1111);
    gettimeofday(&end, nullptr);
    printf("insert vector: %0.8f sec\n", time_diff(&start, &end));


    auto iter2 = std::find(list1.begin(), list1.end(), 111);
    gettimeofday(&start, nullptr);
    list1.insert(iter2, 1111);
    gettimeofday(&end, nullptr);
    printf("insert list  : %0.8f sec\n", time_diff(&start, &end));

    return EXIT_SUCCESS;
}

输出：

insert vector: 0.00053000 sec
insert list  : 0.00000100 sec