面试题总结（三）、《STL源码剖析》相关面试题总结

声明：本文主要探讨与STL实现相关的面试题，主要参考侯捷的《STL源码剖析》，每一个知识点讨论力求简洁，便于记忆，但讨论深度有限，如要深入研究可点击参考链接，希望对正在找工作的同学有点帮助。

一、STL简介

STL提供六大组件，彼此可以组合套用：

1. 容器
   容器就是各种数据结构，我就不多说，看看下面这张图回忆一下就好了，从实现角度看，STL容器是一种class template。
   
2. 算法
   各种常见算法，如sort，search，copy，erase等，我觉得其中比较值得学习的就是sort，next_permutation，partition，merge sort，从实现角度看，STL算法是一种function template。
3. 迭代器
   扮演容器与算法之间的胶合剂，是所谓的“泛型指针”。共有五种类型，从实现角度看，迭代器是一种将operator*，operator->，operator++，operator--等指针相关操作予以重载的class template。所有STL容器都附带有自己专属的迭代器，只有容器设计者才知道如何设计迭代器。原生指针也是一种迭代器。是设计模式的一种，所以被问到了解的设计模式可以用来凑数。
4. 仿函数
   行为类函数，可作为算法的某种策略，从实现角度看，仿函数是一种重载了operator()的class或class template。一般函数指针可视为狭义的仿函数。
5. 配接器
   一种用来修饰容器或者仿函数或迭代器接口的东西。比如queue和stack，看着像容器，其实就是deque包了一层皮。
6. 配置器
   负责空间配置与管理。从实现角度看，配置器是一个实现了动态空间配置、空间管理、空间释放额class template。

二、关于容器的一些问题

2.1 当vector的内存用完了，它是如何动态扩展内存的？它是怎么释放内存的？用clear可以释放掉内存吗？是不是线程安全的？

1. vector内存用完了，会以当前size大小重新申请2*size的内存，然后把原来的元素复制过去，把新元素插上，然后释放原来的内存。
2. 一般我们释放vector里的元素使用clear，其实它不能释放内存，要想释放内存要使用swap，这样：

   [ol][li][code]vector<type> v;

//.... 这里添加许多元素给v

[/li]

3. //.... 这里删除v中的许多元素

4. vector<type>(v).swap(v);

5. //此时v的容量已经尽可能的符合其当前包含的元素数量

6. //对于string则可能像下面这样

7. string(s).swap(s);

[/code]

引用《effective stl》的第十二条：当涉及 STL容器和线程安全性时，你可以指望一个 STL库允许多个线程同时读一个容器，以及多个线程对不同的容器做写入操作。你不能指望 STL库会把你从手工同步控制中解脱出来，而且你不能依赖于任何线程支持。必须自己去写多线程安全措施。

[/ol]

2.2 map是怎么实现的？查找的复杂度是多少？能不能边遍历边插入？

1. 红黑树和散列

2. O(logn)

3. 不可以，map不像vector，它在对容器执行erase操作后不会返回后一个元素的迭代器，所以不能遍历地往后删除。

2.3 写多读少应该用什么容器？

私以为是链表，链表的插入操作时常数时间复杂度，访问操作是O(n)，是最适合写多读少的容器。

2.4 vector每次insert或erase之后，以前保存的iterator会不会失效？

理论上会失效，理论上每次insert或者erase之后，所有的迭代器就重新计算的，所以都可以看作会失效，原则上是不能使用过期的内存
但是vector一般底层是用数组实现的，我们仔细考虑数组的特性，不难得出另一个结论，

1. insert时，假设insert位置在p，分两种情况：
   a) 容器还有空余空间，不重新分配内存，那么p之前的迭代器都有效，p之后的迭代器都失效
   b) 容器重新分配了内存，那么p之后的迭代器都无效咯

2. erase时，假设erase位置在p，则p之前的迭代器都有效并且p指向下一个元素位置（如果之前p在尾巴上，则p指向无效尾end），p之后的迭代器都无效

2.5 hash_map和map的区别在哪里？

hash_map底层是散列的所以理论上操作的平均复杂度是常数时间，map底层是红黑树，理论上平均复杂度是O(logn)，下面是借鉴的网上的总结：
这里总结一下，选用map还是hash_map，关键是看关键字查询操作次数，以及你所需要保证的是查询总体时间还是单个查询的时间。如果是要很多次操作，要求其整体效率，那么使用hash_map，平均处理时间短。如果是少数次的操作，使用 hash_map可能造成不确定的O(N)，那么使用平均处理时间相对较慢、单次处理时间恒定的map，考虑整体稳定性应该要高于整体效率，因为前提在操作次数较少。如果在一次流程中，使用hash_map的少数操作产生一个最坏情况O(N)，那么hash_map的优势也因此丧尽了。

2.6 为何map和set不能像vector一样有个reserve函数来预分配数据？

[p]map和set内部存储的已经不是元素本身了，而是包含元素的节点。也就是说map内部使用的Alloc并不是map声明的时候从参数中传入的Alloc。例如：
map