幾種常用容器的分析與比較

1、List、Vector、deque與ArrayList、LinkedList       

stl提供了三個最基本的容器:vector,list,deque   
    
vector和built-in數組類似,即底層是數組數據結構,線程同步,然而現今被ArrayList代替了,已經很少用了。它擁有一段連續的內存空間,並且起始地址不變,因此它能非常好的支持隨即存取,即[]操作符,但由於它的內存空間是連續的,所以在中間進行插入和刪除會造成內存塊的拷貝,另外,當該數組後的內存空間不夠時,需要重新申請一塊足夠大的內存並進行內存的拷貝。這些都大大影響了vector的效率。對於簡單的小對象,vector的效率優於list。vector在每次擴張容量的時候,將容量擴展2倍,這樣對於小對象來說,效率是很高的。     

List在數據結構中表現爲是線性表的方式,List集合中的對象按照一定的順序排放,裏面的內容可以重複,因爲該集合體繫有索引,List<E>集合繼承於Collection<E>,是一個接口,List接口實現的類:ArrayList(實現動態數組), Vector(實現動態數組) ,LinkedList(實現鏈表), Stack(實現堆棧)。

deque是一個double-ended   queue,它的具體實現不太清楚,但知道它具有以下兩個特點:

它支持[]操作符,也就是支持隨即存取,並且和vector的效率相差無幾。

它支持在兩端的操作:push_back,push_front,pop_back,pop_front等,並且在兩端操作上與list的效率也差不多。 

 綜上所述:
 vector適用:對象數量變化少,簡單對象,隨機訪問元素頻繁
 list適用:對象數量變化大,對象複雜,插入和刪除頻繁
 最大的區別是,list是雙向的,而vector是單向的。

 因此在實際使用時,如何選擇這三個容器中哪一個,應根據你的需要而定,一般應遵循下面的原則:   
 1、如果你需要高效的隨即存取,而不在乎插入和刪除的效率,使用vector   
 2、如果你需要大量的插入和刪除,而不關心隨即存取,則應使用list   
 3、如果你需要隨即存取,而且關心兩端數據的插入和刪除,則應使用deque。 

ArrayList 底層採用的是數組形式來保存對象的。特點: 查詢速度很快,但是增刪稍慢,線程不同步。

採用數組這種方式將對象放在連續的位置中,當向集合中添加對象時,數組的大小也隨着改變,這樣它所帶來的有優點是快速的隨機訪問,即使訪問每個元素所帶來的性能問題也是很小的,但缺點就是想其中添加或刪除對象速度慢,當你創建的數組是不確定其容量,所以當我們改變這個數組時就必須在內存中做很多的處理,如你想要數組中任意兩個元素中間添加對象,那麼在內存中數組要移動所有後面的對象。

LinkedList底層使用的是鏈表數據結構。特點: 增刪速度很快,查詢稍慢。

它是通過節點的連接實現鏈表的數據結構,向linkedList中插入或刪除元素的速度是特別快,而隨機訪問的速度相對較慢,這個是由於鏈表本身的性質造成的,在鏈表中,每個節點都包含了前一個節點的引用,後一個節點的引用和節點存儲值,當一個新節點插入式,只需要修改其中相關的前後關係節點引用即可,刪除節點也是一樣。操作對象只需要改變節點的鏈接,新節點可以存放在內存的任何位置,但也就是因爲如此LinkedList雖然存在get()方法,但是這個方法通過遍歷節點來定位所以速度很慢。LinkedList還單獨具addFrist(),addLast(),getFrist(),getLast(),removeFirst(),removeLast()方法,這些方法使得LinkedList可以作爲堆棧,隊列,和雙隊列來使用。

 

2、  ArrayList對象 list的兩種種遍歷方式:

public class ArrayListTraversal {
public static void main(String[] args) {
   ArrayList<String> list = new ArrayList<String>();
   list.add("A");
   list.add("B");
   list.add("C");
   list.add("D");
   System.out.println("........第一種遍歷方式:foreach遍歷......");
   for (Object li : list) {
     System.out.println(li);
   }
   System.out.println("........第二種遍歷方式:ListIterator迭代遍歷......");
   ListIterator<String> it = list.listIterator();
   while (it.hasNext()) {
     Object obj = it.next();
     System.out.println(obj);
   }
 }
}

效果圖:

........第一種遍歷方式:foreach遍歷......
A
B
C
D
........第二種遍歷方式:ListIterator迭代遍歷......
A
B
C
D

3、使用LinkedList模擬一個堆棧或者隊列數據結構。

即: 堆棧:先進後出 ;隊列: 先進先出。

public class linkedListTraversal {
 private LinkedList<Object> link;  
 linkedListTraversal(){
   link = new LinkedList<Object>();
 }
 public void myAdd(Object obj){
   link.addFirst(obj);
  }
 public Object myGet(){
   return link.removeFirst();//先進後出---若要改成先進先出,將removeFirst()改成removeLast()
 }
 public boolean isNull(){
   return link.isEmpty();
 }
 public static void main(String[] args) {
linkedListTraversal dl = new linkedListTraversal();
   dl.myAdd("hello1");
   dl.myAdd("hello2");
   dl.myAdd("hello3");
   dl.myAdd("hello4");
   while(!dl.isNull()){
     System.out.println(dl.myGet());
   }
 }
}

 先進後出效果圖:

hello4
hello3
hello2
hello1

4、關於ArrayList

1)特點:ArrayList(動態數組)是Array的複雜版本、動態的增加和減少元素、實現了ICollection和IList接口、靈活的設置數組的大小。

2)使用場景:ArrayList最常用的用法

一種情況:

ArrayList List = new ArrayList();

for( int i=0;i<10;i++ ){

List.Add(i); } //給數組增加10個Int元素

List.RemoveAt(3);//將第4個元素移除
for( int i=0;i<3;i++ ){

List.Add(i+30);

} //再增加3個元素

Int32[] values = (Int32[])List.ToArray(typeof(Int32));//返回ArrayList包含的數組,拷貝到一個新的數組當中

//類似於Int32[] values = new Int32[List.Count]; List.CopyTo(values);

另一種情況:
ArrayList List = new ArrayList();
List.Add( “string” );
List.Add( 1 );//往數組中添加不同類型的元素
object[] values = List.ToArray(typeof(object)); //正確
string[] values = (string[])List.ToArray(typeof(string)); //錯誤
和數組不一樣,因爲可以轉換爲Object數組,所以往ArrayList裏面添加不同類型的元素是不會出錯的,但是當調用ArrayList方法的時候,要麼傳遞所有元素都可以正確轉型的類型或者Object類型,否則將會拋出無法轉型的異常。
5ArrayList與Array數組的差別,以及ArrayList的效率問題
  (1)ArrayList是Array的複雜版本
        ArrayList內部封裝了一個Object類型的數組,從一般的意義來說,它和數組沒有本質的差別,甚至於ArrayList的許多方法,如Index、IndexOf、Contains、Sort等都是在內部數組的基礎上直接調用Array的對應方法。
  (2)內部的Object類型的影響
         對於一般的引用類型來說,這部分的影響不是很大,但是對於值類型來說,往ArrayList裏面添加和修改元素,都會引起裝箱和拆箱的操作,頻繁的操作可能會影響一部分效率。但是恰恰對於大多數人,多數的應用都是使用值類型的數組。消除這個影響是沒有辦法的,除非你不用它,否則就要承擔一部分的效率損失,不過這部分的損失不會很大。
  (3)數組擴容
        這是對ArrayList效率影響比較大的一個因素。每當執行Add、AddRange、Insert、InsertRange等添加元素的方法,都會檢查內部數組的容量是否不夠了,如果是,它就會以當前容量的兩倍來重新構建一個數組,將舊元素Copy到新數組中,然後丟棄舊數組,在這個臨界點的擴容操作,應該來說是比較影響效率的。
        例1:比如,一個可能有200個元素的數據動態添加到一個以默認16個元素大小創建的ArrayList中,將會經過:16*2*2*2*2 = 256四次的擴容纔會滿足最終的要求,那麼如果一開始就以:ArrayList List = new ArrayList( 210 );的方式創建ArrayList,不僅會減少4次數組創建和Copy的操作,還會減少內存使用。
        例2:預計有30個元素而創建了一個ArrayList:ArrayList List = new ArrayList(30);
        在執行過程中,加入了31個元素,那麼數組會擴充到60個元素的大小,而這時候不會有新的元素再增加進來,而且有沒有調用TrimSize方法,那麼就有1次擴容的操作,並且浪費了29個元素大小的空間。如果這時候,用:ArrayList List = new ArrayList(40);那麼一切都解決了。所以說,正確的預估可能的元素,並且在適當的時候調用TrimSize方法是提高ArrayList使用效率的重要途徑。
   (4)頻繁的調用IndexOf、Contains等方法(Sort、BinarySearch等方法經過優化,不在此列)引起的效率損失
        首先,我們要明確一點,ArrayList是動態數組,它不包括通過Key或者Value快速訪問的算法,所以實際上調用IndexOf、Contains等方法是執行的簡單的循環來查找元素,所以頻繁的調用此類方法並不比你自己寫循環並且稍作優化來的快,如果有這方面的要求,建議使用Hashtable或SortedList等鍵值對的集合。
ArrayList al=new ArrayList();

al.Add("How");
al.Add("are");
al.Add("you!");

al.Add(100);
al.Add(200);
al.Add(300);

al.Add(1.2);
al.Add(22.8);

.........

//第一種遍歷 ArrayList 對象的方法
foreach(object o in al)
{
Console.Write(o.ToString()+" ");
}

//第二種遍歷 ArrayList 對象的方法
IEnumerator ie=al.GetEnumerator();
while(ie.MoveNext())
{
Console.Write(ie.Curret.ToString()+" ");
}

//第三種遍歷 ArrayList 對象的方法
利用 ArrayList對象的一個屬性,它返回一此對象中的元素個數.
然後在利用索引 
for(int i=0;i<Count;i++)
{
Console.Write(al[i].ToString()+" ");
}

 

 

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