C++之vector和list辨析

std::vector 和 std::list 是 C++ 标准库中两种常用的容器，它们都用于存储和管理元素集合，但在底层实现和性能特性上有显著的区别。

1. 底层实现

• std::vector:
  • 基于动态数组实现。
  • 元素在内存中是连续存储的。
  • 支持随机访问（通过下标访问元素）。
  • 当容量不足时，会重新分配更大的内存块，并将所有元素复制到新内存中。
• std::list:
  • 基于双向链表实现。
  • 元素在内存中是非连续存储的，每个元素包含指向前后元素的指针。
  • 不支持随机访问，只能通过迭代器顺序访问。
  • 插入和删除操作不会导致内存重新分配。

2. 性能特性

操作	std::vector	std::list
随机访问	O(1)（通过下标直接访问）	O(n)（需要遍历链表）
尾部插入/删除	O(1)（如果不需要扩容）	O(1)
头部插入/删除	O(n)（需要移动所有元素）	O(1)
中间插入/删除	O(n)（需要移动部分元素）	O(1)（找到位置后直接插入/删除）
内存占用	较小（仅存储元素，无额外开销）	较大（每个元素需要额外存储两个指针）
缓存友好性	高（元素连续存储，缓存命中率高）	低（元素非连续存储，缓存命中率低）

3. 适用场景

• std::vector:
  • 需要频繁随机访问元素的场景。
  • 元素数量变化不大，或者主要在尾部插入/删除元素的场景。
  • 对缓存性能要求高的场景。
• std::list:
  • 需要频繁在任意位置插入/删除元素的场景。
  • 不需要随机访问元素的场景。
  • 元素数量变化较大的场景。

4. 实例

#include <iostream>
#include <vector>
#include <list>

int main() {
    // std::vector 示例
    std::vector<int> vec = {1, 2, 3};
    vec.push_back(4); // 尾部插入
    vec.insert(vec.begin() + 1, 5); // 中间插入
    std::cout << "Vector: ";
    for (int v : vec) std::cout << v << " "; // 随机访问
    std::cout << std::endl;

    // std::list 示例
    std::list<int> lst = {1, 2, 3};
    lst.push_back(4); // 尾部插入
    lst.insert(std::next(lst.begin()), 5); // 中间插入
    std::cout << "List: ";
    for (int l : lst) std::cout << l << " "; // 顺序访问
    std::cout << std::endl;

    return 0;
}