哪种容器类型提供比 std::map 更好的（平均）性能？答案

【问题标题】：What container type provides better (average) performance than std::map?哪种容器类型提供比 std::map 更好的（平均）性能？
【发布时间】：2010-04-02 20:25:21
【问题描述】：

在下面的示例中，std::map 结构填充了 26 个值，从 A - Z（作为键）和 0 - 26 个作为值。查找最后一个条目（10000000 次）所花费的时间（在我的系统上）对于向量大约是 250 毫秒，对于地图大约是 125 毫秒。（我使用发布模式编译，为 g++ 4.4 开启了 O3 选项）

但如果出于某种奇怪的原因我想要比 std::map 更好的性能，我需要考虑使用哪些数据结构和函数？

如果答案对您来说显而易见，我深表歉意，但我在 C++ 编程的性能关键方面没有太多经验。

#include <ctime>
#include <map>
#include <vector>
#include <iostream>

struct mystruct
{
    char key;
    int value;

    mystruct(char k = 0, int v = 0) : key(k), value(v) { }
};

int find(const std::vector<mystruct>& ref, char key)
{
    for (std::vector<mystruct>::const_iterator i = ref.begin(); i != ref.end(); ++i)
        if (i->key == key) return i->value;

    return -1;
}

int main()
{
    std::map<char, int> mymap;
    std::vector<mystruct> myvec;

    for (int i = 'a'; i < 'a' + 26; ++i)
    {
        mymap[i] = i - 'a';
        myvec.push_back(mystruct(i, i - 'a'));
    }

    int pre = clock();

    for (int i = 0; i < 10000000; ++i)
    {
        find(myvec, 'z');
    }

    std::cout << "linear scan: milli " << clock() - pre << "\n";

    pre = clock();

    for (int i = 0; i < 10000000; ++i)
    {
        mymap['z'];
    }

    std::cout << "map scan: milli " << clock() - pre << "\n";

    return 0;
}

【问题讨论】：

标签： c++ map performance

【解决方案1】：

对于您的示例，请使用 int value(char x) { return x - 'a'; }

更概括地说，由于“键”是连续且密集的，因此使用数组（或向量）来保证 Θ(1) 访问时间。

如果您不需要对键进行排序，use unordered_map，它应该为大多数操作提供摊销对数改进（即 O(log n) -> O(1)）。

（有时，特别是对于小数据集，线性搜索比哈希表（unordered_map）/平衡二叉树（map）更快，因为前者的算法要简单得多，从而减少了big-O中的隐藏常数。简介，个人资料，个人资料。）

【讨论】：

好答案，我重申。无序映射，然后优化调用（删除面向对象的代码也有帮助......但我可能会因为这样说而被激怒:-)
@Etamar：我不认为删除 OO 代码会有帮助，除非你经常使用 virtual。
@Etamar：你的意思是摆脱课程吗？这将如何加快速度？

【解决方案2】：

对于初学者，如果您想比较搜索时间，您可能应该使用std::map::find； operator[] 具有常规查找之外的附加功能。

此外，您的数据集非常小，这意味着整个向量很容易放入处理器缓存中；许多现代处理器都针对这种蛮力搜索进行了优化，因此您最终会获得相当不错的性能。该映射虽然在理论上具有更好的性能（O(log n) 而不是 O(n)），但并不能真正利用其较少比较次数的优势，因为没有那么多键可供比较，而且它的开销数据布局对它不利。

对于这么小的数据结构的 TBH，不使用向量带来的额外性能增益通常可以忽略不计。当您处理大量数据和要搜索的分布良好的数据集时，std::map 等“更智能”的数据结构就会发挥作用。

【讨论】：

【解决方案3】：

如果你真的只有从 A 到 Z 的所有条目的值，为什么不使用字母（适当调整）作为向量的索引？：

std::vector<int> direct_map;
direct_map.resize(26);

for (int i = 'a'; i < 'a' + 26; ++i) 
{
    direct_map[i - 'a']= i - 'a';
}

// ...

int find(const std::vector<int> &direct_map, char key)
{
    int index= key - 'a';
    if (index>=0 && index<direct_map.size())
        return direct_map[index];

    return -1;
}

【讨论】：