C++ 常用模板武道会 第一场：
vector v.s. list v.s. deque
原创作者：beyond_ml
Ladies & Gentlemem：
大家好，这里是首届C++模板武道会的现场，本次武道会由beyond_ml做东，第一场解说员为beyond_ml。由于首次举办这样规模空前的盛会，难免有疏漏之处，还请各位高手不吝赐教。Beyond_ml有理啦。同时也欢迎各位大虾把此次武道会看做是一个虚基类，不断继承，派生出新的比赛。
比赛开始：
首先介绍比武参赛者：
Vector：金山词霸翻译成：矢量，向量等，C++容器模板中的大哥大，就像是一个加强版的队列，之所以这样说，是因为它不但有队列形式的索引，还能动态的添加扩充。使用尤其广泛，并且在许多经典教材中被作为重点介绍。
特点：把被包含的对象以数组的形式存储，支持索引形式的访问（这种访问速度奇快无比）。但由此也产生了一个问题，由于数据存储形式的固定化，你如果想在他中间部位insert对象的话，搞不好会让你吃尽苦头。因为他在分配空间的时候，可是成块分配的连续空间哦。
Deque:英文“double-ended-queue”。名如其人，这是C++有序容器中闻名遐迩的双向队列。他在设计之初，就为从两端添加和删除元素做了特殊的优化。同样也支持随即访问，也有类似于vector的[ ]操作符，但大家不要因此就把他和vector混为一潭哦。
特点：从本质上讲，他在分配内存的时候，使用了MAP的结构和方法。化整为零，分配了许多小的连续空间，因此，从deque两端添加、删除元素是十分方便的。最重要的一点：如果在不知道内存具体需求的时候，使用deque绝对是比vector好的，具体怎么好，比武为证。另外在插一句，不知是不是有意设计，大多数情况下，deque和vector是可以互换使用的。
List：模板中的双向链表。设计他的目的可能就是为了在容器中间插入、删除吧，所以有得比有失，他的随机访问速度可不敢恭维。而且没有[ ]操作。即便你是为了从前到后的顺序访问，也不见得就能快多少，“爱用不用，反正俺有强项！”List还挺哼，这也难怪，看看他的特点吧。
特点：随机的插入、删除元素，在速度上占有明显的优势。并且，由于内存分配不连续，他对插入的要求也十分的低。所以在使用大对象的时候，这可是一个不错的选择。
“闲言碎语不要讲，开打，开打。”
“咚……”
比武正式开始：
第一局：比一比谁的内存管理强。
比试方法：人为引起存储的对象数据溢出，分别看看系统消耗。系统消耗在这里指：对象构造函数、拷贝函数、析构函数的调用次数。
测试程序如下：
noisy.h …… 包含了测试对象，每次在调用构造、拷贝、析构函数的时候，都会打印相应的提示。
//: C04:Noisy.h
// A class to track various object activities
#ifndef NOISY_H
#define NOISY_H
#include <iostream>
class Noisy
{
static long create, assign, copycons, destroy;
long id;
public:
Noisy() : id(create++)
{
std::cout << "d[" << id << "]";
}
Noisy(const Noisy& rv) : id(rv.id)
{
std::cout << "c[" << id << "]";
copycons++;
}
Noisy& operator=(const Noisy& rv)
{
std::cout << "(" << id << ")=[" <<
rv.id << "]";
id = rv.id;
assign++;
return *this;
}
friend bool
operator<(const Noisy& lv, const Noisy& rv)
{
return lv.id < rv.id;
}
friend bool
operator==(const Noisy& lv, const Noisy& rv)
{
return lv.id == rv.id;
}
~Noisy()
{
std::cout << "~[" << id << "]";
destroy++;
}
friend std::ostream&
operator<<(std::ostream& os, const Noisy& n)
{
return os << n.id;
}
friend class NoisyReport;
};
struct NoisyGen
{
Noisy operator()() { return Noisy(); }
};
// A singleton. Will automatically report the
// statistics as the program terminates:
class NoisyReport
{
static NoisyReport nr;
NoisyReport() {} // Private constructor
public:
~NoisyReport()
{
std::cout << "\n-------------------\n"
<< "Noisy creations: " << Noisy::create
<< "\nCopy-Constructions: "
<< Noisy::copycons
<< "\nAssignments: " << Noisy::assign
<< "\nDestructions: " << Noisy::destroy
<< std::endl;
}
};
// Because of these this file can only be used
// in simple test situations. Move them to a
// .cpp file for more complex programs:
long Noisy::create = 0, Noisy::assign = 0,
Noisy::copycons = 0, Noisy::destroy = 0;
NoisyReport NoisyReport::nr;
#endif // NOISY_H ///:~
目标：插入一千个Noisy对象。
Vector上场
//: C04:VectorOverflow.cpp
// Shows the copy-construction and destruction
// That occurs when a vector must reallocate
// (It maintains a linear array of elements)
#include "noisy.h"
#include <vector>
#include <iostream>
#include <string>
#include <cstdlib>
using namespace std;
int main(int argc, char* argv[])
{
int size = 1000;
if(argc >= 2) size = atoi(argv[1]);
vector<Noisy> vn;
Noisy n;
for(int i = 0; i < size; i++)
vn.push_back(n);
cout << "\n cleaning up \n";
} ///:~
测试结果：
Noisy creations: 1 （构造函数调用）
Copy-Constructions: 2023 （拷贝函数调用）
Assignments: 0 （赋值调用）
Destructions: 2024 （析构调用）
Beyond_ml评论：哇！老大，我只是插一千个对象而已，你怎么一下子调2023次拷贝函数，相应的还有2024次析构调用，哎，看来，如果你插入的数据超过了他的保留空间后，vector搬家的动静是很大的。
Deque上场
代码部分可以照抄vector的，因为他们太像了。
测试结果：
Noisy creations: 1
Copy-Constructions: 1007
Assignments: 0
Destructions: 1008
Beyond_ml评论：嗯，不错。不过那多出来的7个也不太好么。
List上场
代码部分继续照抄。
测试结果：
Noisy creations: 1
Copy-Constructions: 1000
Assignments: 0
Destructions: 1001
Beyond_ml评论：perfect！非常好！满分。
第一局结束List胜出！
第二局 比一比随机访问的速度（访问速度以时钟周期作为标准）
咦？话音刚落，list怎么就举了白旗？哦，我想起来了，他不支持随机访问策略。也就是没有[ ]和at()操作。
测试程序：IndexingVsAt.cpp 插入一千个数据，用[ ]和at( )两种方法随机访问一百万次，比较时钟周期。
//: C04:IndexingVsAt.cpp
// Comparing "at()" to operator[]
#include <vector>
#include <deque>
#include <iostream>
#include <ctime>
using namespace std;
int main(int argc, char* argv[])
{
long count = 1000;
int sz = 1000;
if(argc >= 2) count = atoi(argv[1]);
if(argc >= 3) sz = atoi(argv[2]);
vector<int> vi(sz);
clock_t ticks = clock();
for(int i1 = 0; i1 < count; i1++)
for(int j = 0; j < sz; j++)
vi[j];
cout << "vector[]" << clock() - ticks << endl;
ticks = clock();
for(int i2 = 0; i2 < count; i2++)
for(int j = 0; j < sz; j++)
vi.at(j);
cout << "vector::at()" << clock()-ticks <<endl;
deque<int> di(sz);
ticks = clock();
for(int i3 = 0; i3 < count; i3++)
for(int j = 0; j < sz; j++)
di[j];
cout << "deque[]" << clock() - ticks << endl;
ticks = clock();
for(int i4 = 0; i4 < count; i4++)
for(int j = 0; j < sz; j++)
di.at(j);
cout << "deque::at()" << clock()-ticks <<endl;
// Demonstrate at() when you go out of bounds:
//di.at(vi.size() + 1); error here.
} ///:~
测试结果：
vector[]360000
vector::at()790000
deque[]1350000
deque::at()1750000
beyond_ml评论：果然是不必不知道，一比吓一跳。Vector以绝对优势胜出！
第三局 比后部插入速度以及iterator的访问速度
插入方法主要使用push_back。
然后再通过内部的iterator指针完成取数据的操作。
测试文件：
require.h 主要包含了一些文件操作。
//: :require.h
// Test for error conditions in programs
// Local "using namespace std" for old compilers
#ifndef REQUIRE_H
#define REQUIRE_H
#include <cstdio>
#include <cstdlib>
#include <fstream>
inline void require(bool requirement,const char* msg = "Requirement failed")
{
using namespace std;
if (!requirement)
{
fputs(msg, stderr);
fputs("\n", stderr);
exit(1);
}
}
inline void requireArgs(int argc, int args,const char* msg = "Must use %d arguments")
{
using namespace std;
if (argc != args + 1)
{
fprintf(stderr, msg, args);
fputs("\n", stderr);
exit(1);
}
}
inline void requireMinArgs(int argc, int minArgs,const char* msg ="Must use at least %d arguments")
{
using namespace std;
if(argc < minArgs + 1)
{
fprintf(stderr, msg, minArgs);
fputs("\n", stderr);
exit(1);
}
}
inline void assure(std::ifstream& in,const char* filename = "")
{
using namespace std;
if(!in)
{
fprintf(stderr, "Could not open file %s\n", filename);
exit(1);
}
}
inline void assure(std::ofstream& in,const char* filename = "")
{
using namespace std;
if(!in)
{
fprintf(stderr, "Could not open file %s\n", filename);
exit(1);
}
}
#endif
StringDeque.cpp 测试主程序
//: C04:StringDeque.cpp
// Converted from StringVector.cpp
#include "require.h"
#include <string>
#include <deque>
#include <vector>
#include <list>
#include <fstream>
#include <iostream>
#include <iterator>
#include <sstream>
#include <ctime>
using namespace std;
int main(int argc, char* argv[])
{
requireArgs(argc, 1);
ifstream in(argv[1]);
assure(in, argv[1]);
vector<string> vstrings;
deque<string> dstrings;
list<string> lstrings;
string line;
// Time reading into vector:
clock_t ticks = clock();
while(getline(in, line))
vstrings.push_back(line);
ticks = clock() - ticks;
cout << "Read into vector: " << ticks << endl;
// Repeat for deque:
ifstream in2(argv[1]);
assure(in2, argv[1]);
ticks = clock();
while(getline(in2, line))
dstrings.push_back(line);
ticks = clock() - ticks;
cout << "Read into deque: " << ticks << endl;
// Repeat for list:
ifstream in3(argv[1]);
assure(in3, argv[1]);
ticks = clock();
while(getline(in3, line))
lstrings.push_back(line);
ticks = clock() - ticks;
cout << "Read into list: " << ticks << endl;
// Compare iteration
ofstream tmp1("tmp1.tmp"), tmp2("tmp2.tmp"), tmp3("tmp3.tmp");
ticks = clock();
copy(vstrings.begin(), vstrings.end(),
ostream_iterator<string>(tmp1, "\n"));
ticks = clock() - ticks;
cout << "Iterating vector: " << ticks << endl;
ticks = clock();
copy(dstrings.begin(), dstrings.end(),
ostream_iterator<string>(tmp2, "\n"));
ticks = clock() - ticks;
cout << "Iterating deqeue: " << ticks << endl;
ticks = clock();
copy(lstrings.begin(), lstrings.end(),
ostream_iterator<string>(tmp3, "\n"));
ticks = clock() - ticks;
cout << "Iterating list: " << ticks << endl;
} ///:~
测试用的文件是一个三千行的文本。
测试结果：
Read into vector: 690000
Read into deque: 680000
Read into list: 690000
Iterating vector: 20000
Iterating deqeue: 20000
Iterating list: 10000
测试用的文件是一个二千行的文本。
Read into vector: 460000
Read into deque: 460000
Read into list: 440000
Iterating vector: 10000
Iterating deqeue: 10000
Iterating list: 20000
测试用的文件是一个一千行的文本。
测试结果：
Read into vector: 230000
Read into deque: 240000
Read into list: 250000
Iterating vector: 10000
Iterating deqeue: 0
Iterating list: 10000
Beyond_ml的评论：这下就难了，怎么说呢？
在push_back的时候，显然文件越小，vector越占优，文件越大，list越占优。哈哈，开玩笑，如果作研究的都像我这样，那大家都不要干了，其实，这是和上面几个测试的结果分不开的，文件越大，vector越费力，原因很简单，他要不停的开辟新的内存空间来给自己搬家，而deque就好的多，因为他不必搬家，他只是需要小范围的重新排列。而list就更每问题了，他的内存空间本来就是离散的。这下你能明白了吧？
所以作为函数本身的运行速度是没有大差别的，但现在看来，如果牵扯上其它因素，就要令说了。
而读数据的速度来看，list的表现十分让人迷惑不解对此，我还想不到什么好的解释，也许和程序运行时主机的内存状态有关吧。Vector和list的表现可以说是不分伯仲，但我个人的观点是vector肯定要好一些，因为他的内存是连续的。
所以第三局，三者的表现各有千秋。
