G++ 中 STL 容器的 size() 复杂度：哪些容器是 O(n)？答案

【问题标题】：size() complexity of STL containers in G++: which containers are O(n)?G++ 中 STL 容器的 size() 复杂度：哪些容器是 O(n)？
【发布时间】：2012-01-18 03:30:20
【问题描述】：

我想大多数人都明白size() 函数的复杂性并不能保证是恒定的。尽管在某些实现中，它是恒定的。

G++ 编译器可能是最常用的编译器。那么，在 G++ 的实现中，size() 的复杂度是多少？如果它因不同的容器而异，那么哪些容器具有线性复杂度？对于最常用的（如list、vector、deque、set、&map），都是常量吗？

【问题讨论】：

其实这取决于你的标准库实现，而不是编译器。
@Jon 那么，问这个问题的最佳方式是什么？我认为编译器实现了标准库？我如何找出谁实施了它以及它是如何实施的？
这是一个很好的问题，这就是为什么我只是查看标准以了解它的内容。事实证明，它完全指定了实现应该具有的复杂性——请参见下面的答案。
应该只是一个强烈的建议。一些必需的东西甚至没有被削减:)
@LokiAstari 肯定有类似的问题，但不同的是，询问标准的具体实现超出了它的保证。对于 GNU 的 STL 中的 std::list，这很重要。

标签： c++ stl g++ complexity-theory

【解决方案1】：

对于 C++11，标准 (23.2.1) 指定 size 对于标准库的一致实现中的所有容器来说是 O(1)（不幸的是，这并不意味着所有实现都是一致的；例如gcc has this issue)。

对于 C++03，标准 (23.1) 规定 size “应该具有恒定的复杂性”，事实证明（感谢评论者）这是一个强大但非有约束力的建议；这意味着您必须阅读每个编译器提供的实现文档。

【讨论】：

“应该”表示这是一个不具约束力的要求。如果不满足要求，则不是一致性问题。
@JamesMcNellis：所以一个符合 C++03 标准的 O(n) 实现实际上在 C++11 中是不符合标准的（他们不拐弯抹角）？
正确，这里甚至有一个 gcc 的错误报告：gcc.gnu.org/bugzilla/show_bug.cgi?id=49561
谢谢大家。相应地编辑了答案。
AFAIK，存储大小意味着 O(1) .size() 和 O(n) .splice()，而计算它意味着 O(1) .splice() 和 O(n) .size()。如果它说.size() 应该具有恒定的复杂性并且.splice() 可以是线性的，那么它就是。也许标准委员会认为.size() 在不同的实现上具有不同的复杂性毕竟是一个坏主意，现在对.splice() 施加了线性复杂性。知道 C++11 中的 .splice() 怎么说吗？

【解决方案2】：

它可能会根据标准库的版本而改变。

对于 GCC 最新版本（至少到 4.6.2）List 和基于List 的版本不是恒定时间，而是实现为{ return std::distance(begin(), end()); }。

MSVC 标准库会在大小发生变化时跟踪大小并仅返回其值（这使得splice() O(n)，因为它必须在拼接时进行计数）。

来自我的/usr/include/c++/4.6.2/bits/stl_list.h：

/**  Returns the number of elements in the %list.  */
      size_type
      size() const
      { return std::distance(begin(), end()); }

vector、set、deque 和 map 是常数时间。 ,

这是std::deque的

  size_type
  size() const
  { return this->_M_impl._M_finish - this->_M_impl._M_start; }

queue和stack实际上是容器适配器，依赖于底层容器，可以指定。但是默认是deque，它是常量。

【讨论】：

最近“最高 4.1”(released on February 28, 2006) 怎么样？
我不确定我是否使用了不同的版本，但也可能存在差异，例如 linux 上的 O(1) 和 mac os 上的 O(n)。至少几个月前我遇到过这个问题。
抱歉是指 4.6.1，但只是检查了 4.6.2，它仍然是 O(n)。感谢您指出这一点。
@JoeMcGrath 感谢您的回复。那你知道vector::size(), set::size(), map::size(), deque::size()的复杂度吗？非常感谢！
@CodeNoob 已更新以添加答案。

【解决方案3】：

对于 G++ 5.4.0，文件 /usr/include/c++/5.4.0/bits/stl_list.h

  /**  Returns the number of elements in the %list.  */
  size_type
  size() const _GLIBCXX_NOEXCEPT
  { return this->_M_node_count(); }

对于 G++ 4.8.5，文件 /usr/include/c++/4.8.5/bits/stl_list.h

  /**  Returns the number of elements in the %list.  */
  size_type
  size() const _GLIBCXX_NOEXCEPT
  { return std::distance(begin(), end()); }

所以它对于 4.8.5 是线性的，对于 5.4.0 是恒定的

【讨论】：