STL筆試面試題總結（乾貨）(轉)

STL筆試面試題總結

一.STL有哪些組件？

STL提供六大組件彼此此能夠組合套用：

一、容器
容器就是各類數據結構，我就很少說，看看下面這張圖回憶一下就行了，從實現角度看，STL容器是一種class template。

 

二、算法
各類常見算法，如sort，search，copy，erase等，我以爲其中比較值得學習的就是sort，next_permutation，partition，merge sort，從實現角度看，STL算法是一種function template。

三、迭代器
扮演容器與算法之間的膠合劑，是所謂的「泛型指針」。共有五種類型，從實現角度看，迭代器是一種將operator*，operator->，operator++，operator--等指針相關操做予以重載的class template。全部STL容器都附帶有本身專屬的迭代器，只有容器設計者才知道如何設計迭代器。原生指針也是一種迭代器。是設計模式的一種，因此被問到了解的設計模式能夠用來湊數。

四、仿函數
行爲類函數，可做爲算法的某種策略，從實現角度看，仿函數是一種重載了operator()的class或class template。通常函數指針可視爲狹義的仿函數。

五、容器配接器
一種用來修飾容器或者仿函數或迭代器接口的東西。好比queue和stack，看着像容器，其實就是deque包了一層皮。

六、空間配置器
負責空間配置與管理。從實現角度看，配置器是一個實現了動態空間配置、空間管理、空間釋放額class template。

 

二.STL經常使用的容器有哪些以及各自的特色是什麼?

1.vector:底層數據結構爲數組 ，支持快速隨機訪問。

2.list:底層數據結構爲雙向鏈表，支持快速增刪。

3.deque:底層數據結構爲一箇中央控制器和多個緩衝區，詳細見STL源碼剖析P146，支持首尾（中間不能）快速增刪，也支持隨機訪問。

4.stack:底層通常用23實現，封閉頭部便可，不用vector的緣由應該是容量大小有限制，擴容耗時

5.queue:底層通常用23實現，封閉頭部便可，不用vector的緣由應該是容量大小有限制，擴容耗時（stack和queue實際上是適配器,而不叫容器，由於是對容器的再封裝）

6.priority_queue:的底層數據結構通常爲vector爲底層容器，堆heap爲處理規則來管理底層容器實現

7.set:底層數據結構爲紅黑樹，有序，不重複。

8.multiset:底層數據結構爲紅黑樹，有序，可重複。 

9.map:底層數據結構爲紅黑樹，有序，不重複。(一篇好的文章:https://blog.csdn.net/sevenjoin/article/details/81943864)

10.multimap:底層數據結構爲紅黑樹，有序，可重複。

11.hash_set:底層數據結構爲hash表，無序，不重複。

12.hash_multiset:底層數據結構爲hash表，無序，可重複 。

13.hash_map :底層數據結構爲hash表，無序，不重複。

14.hash_multimap:底層數據結構爲hash表，無序，可重複。 

 

3、說說std::vector的底層（存儲）機制。

     vector就是一個動態數組，裏面有一個指針指向一片連續的內存空間，當空間不夠裝下數據時，會自動申請另外一片更大的空間（通常是增長當前容量的50%或100%），而後把原來的數據拷貝過去，接着釋放原來的那片空間；當釋放或者刪除裏面的數據時，其存儲空間不釋放，僅僅是清空了裏面的數據。

 

4、vector插入刪除和list有什麼區別？

vector插入和刪除數據，須要對現有數據進行復制移動，若是vector存儲的對象很大或者構造函數很複雜，則開銷較大，若是是簡單的小數據，效率優於list。

list插入和刪除數據，須要對現有數據進行遍歷，但在首部插入數據，效率很高。

 

5、什麼狀況下用vector，什麼狀況下用list。

vector能夠隨機存儲元素（便可以經過公式直接計算出元素地址，而不須要挨個查找），但在非尾部插入刪除數據時，效率很低，適合對象簡單，對象數量變化不大，隨機訪問頻繁。

list不支持隨機存儲，適用於對象大，對象數量變化頻繁，插入和刪除頻繁。

 

6、vector中begin和end函數返回的是什麼？

begin返回的是第一個元素的迭代器，end返回的是最後一個元素後面位置的迭代器。

 

7、爲何vector的插入操做可能會致使迭代器失效？

vector動態增長大小時，並非在原空間後增長新的空間，而是以原大小的兩倍在另外配置一片較大的新空間，而後將內容拷貝過來，並釋放原來的空間。因爲操做改變了空間，因此迭代器失效。

8、說說std::list的底層（存儲）機制。

以結點爲單位存放數據，結點的地址在內存中不必定連續，每次插入或刪除一個元素，就配置或釋放一個元素空間

 

9、list自帶排序函數的排序原理。

將前兩個元素合併，再將後兩個元素合併，而後合併這兩個子序列成4個元素的子序列，重複這一過程，獲得8個，16個，...，子序列，最後獲得的就是排序後的序列。

時間複雜度：O(nlgn)

void List::sort()

{

List carry;

List counter[64];  //數組元素爲鏈表

int fill = 0;

while (head->next != tail)

{

//head是哨兵，不存放有效值

//head->next元素被移走，因此while循環不須要head=head->next;

carry.transfer(carry.getHead()->next, head->next, head->next->next);    

    

int i = 0;

while (i < fill && counter[i].getHead()->next != counter[i].getHead())

//counter[i]不是空

{

counter[i].merge(carry);

carry.swap(counter[i++]);

}

carry.swap(counter[i]);

if (i == fill) ++fill;

}

for (int i = 1; i < fill; i++)

counter[i].merge(counter[i - 1]);   

//經過這個實現排序（將有序的鏈表合成一個新的有序鏈表）

swap(counter[fill - 1]);

}

10、deque與vector的區別。

1）vector是單向開口的連續線性空間，deque是雙向開口的連續線性空間。（雙向開口是指能夠在頭尾兩端分別作元素的插入和刪除操做）。

2）deque沒有提供空間保留功能，而vector則要提供空間保留功能。

3）deque也提供隨機訪問迭代器，可是其迭代器比vector迭代器複雜不少。

 

11、不容許有遍歷行爲的容器有哪些（不提供迭代器）？

1）queue，除了頭部外，沒有其餘方法存取deque的其餘元素。

2）stack（底層以deque實現），除了最頂端外，沒有任何其餘方法能夠存取stack的其餘元素。

3）heap，全部元素都必須遵循特別的排序規則，不提供遍歷功能。

 

12、STL容器的參數allocate是用來作什麼的？

通常用在容器中，做爲容器的一個成員，但通常是用模版參數傳入，這樣纔可讓咱們換成咱們自定義的allocator；分配器用於封裝STL容器在內存管理上的低層細節

 

十3、你怎樣理解迭代器？

Iterator(迭代器)用於提供一種方法順序訪問一個聚合對象中各個元素, 而又不需暴露該對象的內部表示，至關於智能指針。包括Input Iterator, Output Iterator, Forward Iterator, Bidirectional Iterator, Random Access Iterator.

 

十4、 vector每次insert或erase以後，之前保存的iterator會不會失效？

理論上會失效，理論上每次insert或者erase以後，全部的迭代器就從新計算的，因此均可以看做會失效，原則上是不能使用過時的內存
可是vector通常底層是用數組實現的，咱們仔細考慮數組的特性，不可貴出另外一個結論，

insert時，假設insert位置在p，分兩種狀況：
a) 容器還有空餘空間，不從新分配內存，那麼p以前的迭代器都有效，p以後的迭代器都失效

b) 容器從新分配了內存，那麼p以後的迭代器都無效咯

erase時，假設erase位置在p，則p以前的迭代器都有效而且p指向下一個元素位置（若是以前p在尾巴上，則p指向無效尾end），p以後的迭代器都無效

 

十5、STL對於小內存塊請求與釋放的處理

STL考慮到小型內存區塊的碎片問題，設計了雙層級配置器，第一級配置直接使用malloc()和free()；第二級配置器則視狀況採用不一樣的策略，當配置區大於128bytes時，直接調用第一級配置器；當配置區塊小於128bytes時，便不借助第一級配置器，而使用一個memory pool來實現。到底是使用第一級配置器仍是第二級配置器，由一個宏定義來控制。SGI STL中默認使用第二級配置器。
二級配置器會將任何小額區塊的內存需求量上調至8的倍數，(例如需求是30bytes,則自動調整爲32bytes)，而且在它內部會維護16個free-list， 各自管理大小分別爲8， 16， 24，…，128bytes的小額區塊，這樣當有小額內存配置需求時，直接從對應的free list中拔出對應大小的內存(8的倍數)；當客戶端歸還內存時，將根據歸還內存塊的大小，將須要歸還的內存插入到對應free list的最頂端。
小結：
STL中的內存分配器其實是基於空閒列表(free list)的分配策略，最主要的特色是經過組織16個空閒列表，對小對象的分配作了優化。
1）小對象的快速分配和釋放。當一次性預先分配好一塊固定大小的內存池後，對小於128字節的小塊內存分配和釋放的操做只是一些基本的指針操做，相比於直接調用malloc/free，開銷小。
2）避免內存碎片的產生。零亂的內存碎片不只會浪費內存空間，並且會給OS的內存管理形成壓力。
3）儘量最大化內存的利用率。當內存池尚有的空閒區域不足以分配所需的大小時，分配算法會將其鏈入到對應的空閒列表中，而後會嘗試從空閒列表中尋找是否有合適大小的區域，
可是，這種內存分配器侷限於STL容器中使用，並不適合一個通用的內存分配。由於它要求在釋放一個內存塊時，必須提供這個內存塊的大小，以便肯定回收到哪一個free list中，而STL容器是知道它所需分配的對象大小的，好比上述：
stl::vector array;
array是知道它須要分配的對象大小爲sizeof(int)。一個通用的內存分配器是不須要知道待釋放內存的大小的，相似於free(p)。

 

十6、vector和list的區別

vector和數組相似，擁有連續的內存空間，支持隨機的存取，在中間進行元素的插入和刪除的操做時間複雜度是O(n)

list是由雙向鏈表實現的，只能經過數組指針來進行數據訪問，遍歷中間的元素，時間的複雜度是O(n).

 

十7、vector中erase方法與algorithn中的remove方法區別

vector中erase方法真正刪除了元素，迭代器不能訪問了

remove只是簡單地將元素移到了容器的最後面，迭代器仍是能夠訪問到。由於algorithm經過迭代器進行操做，不知道容器的內部結構，因此沒法進行真正的刪除。

 

十8、STL中的容器都有哪些，優缺點？
介紹一下STL，詳細說明STL如何實現vector。

STL(標準模板庫)可分爲容器(containers)、迭代器(iterators)、空間配置器(allocator)、配接器(adapters)、算法(algorithms)、仿函數(functors)六個部分。
STL (標準模版庫，Standard Template Library.它由容器、算法、迭代器組成。
STL有如下的一些優勢：
能夠方便容易地實現搜索數據或對數據排序等一系列的算法；
調試程序時更加安全和方便；
即便是人們用STL在UNIX平臺下寫的代碼你也能夠很容易地理解（由於STL是跨平臺的）。
vector實質上就是一個動態數組，會根據數據的增長,動態的增長數組空間。
deque從邏輯上來看是連續的內存，本質上是由一段段固定大小 的連續空間組成。deque採用相似索引的結構管理內存。vector有capacity和reserve函數，deque和list同樣，沒有capacity和reserve函數。

總結以下： 
1. 在deque中間 插入或者刪除將使全部deque元素的迭代器、引用、指針失效 
2. 在deque首部或者尾部插入元素會使迭代器失效，但不會引發引用和指針失效 
3. 在其首部或尾部刪除元素則只會使指向被刪除元素的迭代器失效

vector模板的數據在內存中連續的排列，因此隨機存取元素（即經過[]運算符存取）的速度最快，這一點和數組是一致的。一樣因爲它的連續排列，因此它在除尾部之外的位置刪除或添加元素的速度很慢，在使用vector時，要避免這種操做。
list模板的數據是鏈式存儲，因此不能隨機存取元素。它的優點在於任意位置添加 刪除元素的速度。
deque模板是經過連接若干片連續的數據實現的，因此均衡了以上兩個容器的特色

 

十9、說說std::deque的底層機制。

deque動態地以分段連續空間組合而成，隨時能夠增長一段新的連續空間並連接起來。不提供空間保留功能。

注意：除非必要，咱們儘量選擇使用vector而非deque，由於deque的迭代器比vector迭代器複雜不少。對deque排序，爲了提升效率，可先將deque複製到一個vector上排序，而後再複製回deque。

deque採用一塊map（不是STL的map容器）做爲主控，其爲一小塊連續空間，其中每一個元素都是指針，指向另外一段較大的連續空間（緩衝區）。

deque的迭代器包含4個內容：

1）cur：迭代器當前所指元素

2）first：此迭代器所指的緩衝區的頭。

3）last：緩衝區尾。

4）node：指向管控中心。

 

二10、說說std::map底層機制。

map以RB-TREE爲底層機制。RB-TREE是一種平衡二叉搜索樹，自動排序效果不錯。

經過map的迭代器不能修改其鍵值，只能修改其實值。因此map的迭代器既不是const也不是mutable。

 

二11、紅黑樹有什麼性質？

1）每一個結點是紅色或者黑色。

2）根結點爲黑色。

3）葉結點爲黑色的NULL結點。

4）若是結點爲紅，其子節點必須爲黑。

5）任一結點到NULL的任何路徑，所含黑結點數必須相同。

 

二12、vector、list、map、deque用erase（it）後，迭代器的變化。

vector和deque是序列式容器，其內存分別是連續空間和分段連續空間，刪除迭代器it後，其後面的迭代器都失效了，此時it及其後面的迭代器會自動加1，使it指向被刪除元素的下一個元素。

list刪除迭代器it時，其後面的迭代器都不會失效，將前面和後面鏈接起來便可。

map也是隻能使當前刪除的迭代器失效，其後面的迭代器依然有效。

 

二十3、hash_map與map的區別？何時用hash_map，何時用map？

構造函數：hash_map須要hash function和等於函數，而map須要比較函數（大於或小於）。

存儲結構：hash_map以hashtable爲底層，而map以RB-TREE爲底層。 

總的說來，hash_map查找速度比map快，並且查找速度基本和數據量大小無關，屬於常數級別。而map的查找速度是logn級別。但不必定常數就比log小，並且hash_map還有hash function耗時。

若是考慮效率，特別當元素達到必定數量級時，用hash_map。

考慮內存，或者元素數量較少時，用map。

 

二十4、hashtable，hash_set，hash_map的區別。

hash_set以hashtable爲底層，不具備排序功能，能快速查找。其鍵值就是實值。（set以RB-TREE爲底層，具備排序功能。）

hash_map以以hashtable爲底層，沒有自動排序功能，能快速查找，每個元素同時擁有一個實值和鍵值。（map以RB-TREE爲底層，具備排序功能。）

 

二十5、map和set的3個問題。

1）爲什麼map和set的插入刪除效率比其餘序列容器高。

由於不須要內存拷貝和內存移動

2）爲什麼map和set每次Insert以後，之前保存的iterator不會失效？

由於插入操做只是結點指針換來換去，結點內存沒有改變。而iterator就像指向結點的指針，內存沒變，指向內存的指針也不會變。

2）當數據元素增多時（從10000到20000），map的set的查找速度會怎樣變化？

RB-TREE用二分查找法，時間複雜度爲logn，因此從10000增到20000時，查找次數從log10000=14次到log20000=15次，多了1次而已。

 

二十6、map是怎麼實現的？查找的複雜度是多少？能不能邊遍歷邊插入？

紅黑樹

O(logn)

不能夠，map不像vector，它在對容器執行erase操做後不會返回後一個元素的迭代器，因此不能遍歷地日後刪除。

 

二十7、hash_map和map的區別在哪裏？

hash_map底層是散列的因此理論上操做的平均複雜度是常數時間，map底層是紅黑樹，理論上平均複雜度是O(logn)，這裏總結一下，選用map仍是hash_map，關鍵是看關鍵字查詢操做次數，以及你所須要保證的是查詢整體時間仍是單個查詢的時間。若是是要不少次操做，要求其總體效率，那麼使用hash_map，平均處理時間短。若是是少數次的操做，使用 hash_map可能形成不肯定的O(N)，那麼使用平均處理時間相對較慢、單次處理時間恆定的map，考慮總體穩定性應該要高於總體效率，由於前提在操做次數較少。若是在一次流程中，使用hash_map的少數操做產生一個最壞狀況O(N)，那麼hash_map的優點也所以喪盡了。

 

二十8、爲什麼map和set不能像vector同樣有個reserve函數來預分配數據？

map和set內部存儲的已經不是元素自己了，而是包含元素的節點。也就是說map內部使用的Alloc並非map聲明的時候從參數中傳入的Alloc。例如：map, Alloc > intmap;這時候在intmap中使用的allocator並非Alloc, 而是經過了轉換的Alloc，具體轉換的方法時在內部經過Alloc::rebind從新定義了新的節點分配器，詳細的實現參看完全學習STL中的Allocator。其實你就記住一點，在map和set裏面的分配器已經發生了變化，reserve方法你就不要奢望了。————————————————版權聲明：本文爲CSDN博主「zzb2019」的原創文章，遵循 CC 4.0 BY-SA 版權協議，轉載請附上原文出處連接及本聲明。原文連接：https://blog.csdn.net/zzb2019/article/details/81195294