C++面试：STL篇

STL个人小结：

stl是c++的标准模板库，stl6大组件：
容器：存储数据，本质是类模板
vector：底层是动态数组，连续内存支持随机存取，尾部增删效率高，内部增删O(n)
list：底层是双链表，内存不连续，只能顺序访问，任意位置增删都是O(1)
deque:整体连续，支持随机存取，首尾增删效率高，但是迭代器太复杂，所以一般只有当既要随机存取又要首尾增删采用deque。
unordered_set:无序集合，去重，用于查找元素是否存在
unordered_map:用于查找元素是否存在及其出现次数。
map:底层红黑树,有序,也是用于查找元素，它的特点就是稳定。
multimap,multiset允许键重复

算法：处理数据，本质是函数模板，如find,sort
迭代器：是个模板类，提供了一种通用的遍历容器的接口，使我们不需要关心容器具体的实现细节。迭代器内部封装了指针，它像是一个智能指针，所以它的通用性、安全性比一般指针更好。
迭代器失效的情况：vector：尾部增删，尾迭代器end失效，中间增删：增删位置之后的迭代器全部失效，且若插入元素使得size==capacity，则全部失效。deque和vector一样。而list/map/set删除节点仅当前节点的迭代器失效。所以对于序列式容器：it = v.erase(it); 关联式容器：c.erase(it++);

仿函数：也叫函数对象：重载了函数调用运算符operator()的类，把函数操作封装在类里，复用性高。

class A{
public:
    bool flag;
    A(bool a): flag(a) {}
    bool operator()(int a, int b) {return flag ? a < b : a > b;}
};
int main() {
    vector<int>nums{1,3,2};
    sort(nums.begin(), nums.end(), A(0));//只需要改变一个数字就可实现升降序
    cout << nums[0];
}

适配器：用于把一个现有类的接口转换成我们需要的接口，像栈，队列，优先级队列就是容器适配器，底层由deque实现，上层提供不同的接口功能。
空间配置器allocator：c++里的new/delete都是2个操作，stl allocator把他们分开：对象构造有construct()负责，对象释放由destroy()负责(内部调用构造和析构函数)，内存配置由allocate()负责，内存释放由deallocate()负责。Stl采用两级空间配置器，主要是更好的处理小内存(brk的内存池管理差一点)。当需要的内存<=128字节，调用二级配置器，>128字节，调用一级配置器。一级配置器中allocate(),deallocate()内部就是malloc,free(我们知道大于128k时malloc调用的是mmap)。二级配置器使用内存池机制，他用一个数组维护16条链表，每个链表挂着不同大小的内存块，0号链表挂的全是8字节的内存块，最大128字节，他会按你的需要去查找对应大小链表是否空闲，若不够就找更大的链表，若不空闲就要向内存池申请，若所有链表都无法满足，就调用一级配置器。
vector：底层是动态数组，可以动态扩容，扩容过程：容器满了即size==capcity，先重新申请一块1.5(vs)/2(gcc)倍大小的连续内存，拷贝原数据，释放原内存。为什么是成倍扩容：若是固定大小扩容，当数据增多可能导致频繁扩容，效率太低了，而成倍扩容可以较好的应对元素数量变化，减少扩容次数，所以选择成倍扩容，考虑内存的使用，倍数不能太大。
vector释放空间：vector空间是只增不减的，即clear(清空容器size变0),resize只会动size，不会动capcity，reserve改变最大容量，只有大于当前的才会生效。只有析构才会回收空间。

priority_queue:优先级队列，一般vector为底层容器,堆为数据处理规则，它有着队列的操作，且对数据进行优先级排列，常见的大小顶堆排列规则。
push_back:一定有拷贝操作，而emplace_back()支持直接传入多个构造参数，在尾部就地构造，不会拷贝。

class A{
public:
    int a, b;
    A(int a, int b):a(a), b(b) {cout << "默认构造";}
    A(const A& a) {cout << "拷贝构造";}
};
int main() {
    vector<A> v;
    //v.emplace_back(1,2); 默认构造
    v.push_back(A(1,2));//默认+拷贝
}

deque：双端队列，以多段连续空间组成。
结构：采用一块map数组作中控台，存的每个元素都是指针，分别指向一段连续内存，叫缓冲区，这里就是存储数据的地方。deque的迭代器有4个,cue指向缓冲区当前元素，first指向缓冲区头，last指向尾，使得首尾增删效率高，node指向map主控。当当前缓冲区遍历完就要通过node访问中控台，得到下一个指针来到下一块缓冲区。维护了整体连续的假象，支持随机存取。且扩容也方便：只需要在map数组里添加指针元素指向新内存即可，不需要像vector那样麻烦。

哈希表：数组+链表的结构，unordered_map/unordered_set底层都是哈希表，无序，首先定义一个哈希函数如取余法，把key映射到哈希表的数组的索引上，即把元素放入哈希表，但是不同元素通过哈希函数计算结果可能相同，即哈希冲突，一般用拉链法挂着一个链表下、线性探测(向后找，找到表尾再回表头，直到找到空桶)、扩容(设置合适的负载因子(元素数量/哈希表尺寸)，unordered_map默认是1，可减小减少哈希冲突)、设计一个合适的哈希函数。后续查找先通过哈希函数定位到他在数组哪个位置O(1)，再遍历链表，只要哈希冲突不严重，链表不是很长，也是O(1)，所以查找是O(1),增删在链表上操作，也是o(1),即增删改查都是O(1)。

map和set:底层红黑树，set的节点是value, map的节点是键值对，有序，set的迭代器是const,不允许修改元素值，map可以修改value,支持下标操作，但不能改key。
**红黑树:**得先说2叉查找树，它容易出现单链表情况，所以有了AVL树(任何节点的左右子树高度差<=1)通过旋转保持高度平衡保证查找效率，但每次增删节点都要旋转整棵树，所以增删效率很低。而红黑树则是二叉查找数和AVL树的折中，他是大致平衡的二叉查找树。红黑树：它的节点是黑或红，根节点是黑，叶节点都是黑色的空结点，红节点的子节点都是黑的，且任一节点到每个叶节点的所有路径包含相同数目的黑节点。这5条性质保证它的大致平衡即查找时间基本是logn，增删节点通过变色和旋转，且只旋转该节点到叶节点保证它的增删时间是logn。所以增删改查都是logn。故若查找操作多，增删操作少，用AVL树，若2者操作数差不多，用红黑树。红黑树与哈希表相比就是有序，稳定，增删改查都是Ologn,哈希表理论上是O(1),但若发生严重的冲突就是O(n)。

map[]和find：map[]访问若存在返回引用，不存在会创建一个新的键值对，不会报错。find用于查询键若存在返回迭代器，不存在返回map.end()的迭代器

stack，queue:容器适配器，底层默认deque实现

array: 底层是静态数组，相当于把静态数组变成了容器，使得它可以使用一些容器的操作。