C++ STL容器底层机制

1、vector容器

vector的数据安排以及操作方式，与array非常相似。两者的唯一区别在于空间的运用的灵活性。array是静态空间，一旦配置了就不能改变。vector是动态空间，随着元素的加入，它的内部机制会自行扩充空间以容纳新元素。因此，vector的运用对于内存的合理利用与运用的灵活性有很大的帮助，我们再也不必因为害怕空间不足而一开始要求一个大块的array。

vector动态增加大小，并不是在原空间之后持续新空间（因为无法保证原空间之后尚有可供配置的空间），而是以原大小的两倍另外配置一块较大的空间，然后将原内容拷贝过来，然后才开始在原内容之后构造新元素，并释放原空间。因此，对vector的任何操作，一旦引起空间重新配置，指向原vector的所有迭代器就都失效了。

2、list容器

相对于vector的连续空间，list就显得复杂许多，它的好处是每次插入或删除一个元素，就配置或释放一个元素空间。因此，list对于空间的运用有绝对的精准，一点也不浪费。而且，对于任何位置的元素插入或元素移除，list永远是常数时间。STL中的list是一个双向链表，而且是一个环状双向链表。

3、deque容器

deque 是一种双向开口的连续线性空间。所谓双向开口，意思是可以在队尾两端分别做元素的插入和删除操作。deque和vector的最大差异，一在于deque允许于常数时间内对起头端进行元素的插入或移除操作，二在于deque没有所谓容量观念，因为它是动态地以分段连续空间组合而成，随时可以增加一段新的空间并链接在一起。换句话说，像vector那样"因旧空间不足而重新配置一块更大空间，然后复制元素，再释放旧空间"这样的事情在 deque是不会发生的。

deque是由一段一段的定量连续空间构成。一旦有必要在deque的前端或尾端增加新空间，便配置一段定量连续空间，串接在整个deque的头端或尾端。deque的最大任务，便是在这些分段的定量连续空间上，维护其整体连续的假象，并提供随机存取的接口。避开了"重新配置，复制，释放"的轮回，代价则是复杂的迭代器架构。因为有分段连续线性空间，就必须有中央控制，而为了维持整体连续的假象，数据结构的设计及迭代器前进后退等操作都颇为繁琐。

deque采用一块所谓的map作为主控。这里的map是一小块连续空间，其中每个元素都是指针，指向另一段连续线性空间，称为缓冲区。缓冲区才是deque的存储空间主体。SGI STL允许我们指定缓冲区大小，默认值0表示将使用512 bytes缓冲区。

4、stack

stack 是一种先进后出（First In Last Out , FILO）的数据结构。它只有一个出口，stack 允许新增元素，移除元素，取得最顶端元素。但除了最顶端外，没有任何其它方法可以存取stack的其它元素，stack不允许遍历行为。

以某种容器作为底部结构，将其接口改变，使之符合“先进后出”的特性，形成一个stack，是很容易做到的。deque是双向开口的数据结构，若以deque为底部结构并封闭其头端开口，便轻而易举地形成了一个stack.因此，SGI STL 便以deque作为缺省情况下的stack底部结构，由于stack 系以底部容器完成其所有工作，而具有这种"修改某物接口，形成另一种风貌"之性质者，称为adapter（配接器），因此，STL stack 往往不被归类为container(容器)，而被归类为 container adapter.

5、 queue

queue是一种先进先出(First In First Out,FIFO) 的数据结构。它有两个出口，queue允许新增元素，移除元素，从最底端加入元素，取得最顶端元素。但除了最底端可以加入，最顶端可以取出外，没有任何其它方法可以存取queue的其它元素。

以某种容器作为底部结构，将其接口改变，使之符合“先进先出”的特性，形成一个queue，是很容易做到的。deque是双向开口的数据结构，若以 deque为底部结构并封闭其底部的出口和前端的入口，便轻而易举地形成了一个queue.因此，SGI STL 便以deque作为缺省情况下的queue底部结构，由于queue 系以底部容器完成其所有工作，而具有这种"修改某物接口，形成另一种风貌"之性质者，称为adapter（配接器），因此，STL queue往往不被归类为container(容器)，而被归类为 container adapter.

6、heap

heap并不归属于STL容器组件，它是个幕后英雄，扮演priority queue的助手。priority queue允许用户以任何次序将任何元素推入容器中，但取出时一定按从优先权最高的元素开始取。按照元素的排列方式，heap可分为max-heap和min-heap两种，前者每个节点的键值(key)都大于或等于其子节点键值，后者的每个节点键值(key)都小于或等于其子节点键值。因此， max-heap的最大值在根节点，并总是位于底层array或vector的起头处；min-heap的最小值在根节点，亦总是位于底层array或vector起头处。STL 供应的是max-heap，用c++实现。

7、priority_queue

priority_queue是一个拥有权值观念的queue,它允许加入新元素，移除旧元素，审视元素值等功能。由于这是一个queue，所以只允许在底端加入元素，并从顶端取出元素，除此之外别无其它存取元素的途径。priority_queue带有权值观念，其内的元素并非依照被推入的次序排列，而是自动依照元素的权值排列（通常权值以实值表示）。权值最高者，排在最前面。缺省情况下priority_queue系利用一个max-heap完成，后者是一个以vector表现的 complete binary tree.max-heap可以满足priority_queue所需要的"依权值高低自动递减排序"的特性。
priority_queue完全以底部容器作为根据，再加上heap处理规则，所以其实现非常简单。缺省情况下是以vector为底部容器。queue以底部容器完成其所有工作。具有这种"修改某物接口，形成另一种风貌"之性质者，称为adapter(配接器)，因此，STL priority_queue往往不被归类为container(容器)，而被归类为container adapter.

8、set multiset

set的特性是，所有元素都会根据元素的键值自动被排序。set的元素不像map那样可以同时拥有实值(value)和键值(key), set 元素的键值就是实值，实值就是键值，set不允许两个元素有相同的值。set是通过红黑树来实现的，由于红黑树（RB-tree）是一种平衡二叉搜索树，自动排序的效果很不错，所以标准的STL的set即以RB-Tree为底层机制。又由于set所开放的各种操作接口，RB-tree也都提供了，所以几乎所有的set操作行为，都只有转调用RB-tree的操作行为而已。

multiset的特性以及用法和set完全相同，唯一的差别在于它允许键值重复，因此它的插入操作采用的是底层机制RB-tree的insert_equal()而非insert_unique().

9、map multimap

map的特性是，所有元素都会根据元素的键值自动被排序。map的所有元素都是pair,同时拥有实值（value）和键值（key）.  pair的第一元素被视为键值，第二元素被视为实值。map不允许两个元素拥有相同的键值.由于RB-tree是一种平衡二叉搜索树，自动排序的效果很不错，所以标准的STL map即以RB-tree为底层机制。又由于map所开放的各种操作接口，RB-tree也都提供了，所以几乎所有的map操作行为，都只是转调RB-tree的操作行为。

multimap的特性以及用法与map完全相同，唯一的差别在于它允许键值重复，因此它的插入操作采用的是底层机制RB-tree的insert_equal()而非insert_unique。

转自：http://blog.csdn.net/chenjiayi_yun/article/details/8798821