面试题：C++ STL迭代器begin在不同序列容器中的使用差异

Question

请阐述在C++ STL中，std::vector、std::list和std::deque这三种序列容器中begin()迭代器的返回类型有何不同，以及在使用begin()进行遍历操作时，它们各自在性能和适用场景上有哪些特点。

Answer 1

返回类型

• std::vector：begin()返回的迭代器类型是RandomAccessIterator，它支持随机访问，能像指针一样进行算术运算，如it + n。
• std::list：begin()返回的迭代器类型是BidirectionalIterator，它支持双向遍历，即可以通过++和--操作向前或向后移动，但不支持随机访问。
• std::deque：begin()返回的迭代器类型也是RandomAccessIterator，同样支持随机访问。

性能特点

• std::vector：
  • 遍历性能：由于支持随机访问，对于按顺序遍历操作，在缓存局部性方面表现出色，遍历速度较快。因为数据在内存中是连续存储的，CPU缓存能更有效地预取数据。
  • 适用场景：适用于需要频繁随机访问元素，并且插入和删除操作主要在容器末尾进行的场景，例如实现动态数组。
• std::list：
  • 遍历性能：双向迭代器使得遍历只能逐个移动，不具备随机访问能力，遍历速度相对较慢，尤其是在需要跳跃式访问元素时。但在频繁插入和删除操作后，遍历性能不受影响，因为它不需要移动其他元素。
  • 适用场景：适用于需要频繁在容器任意位置进行插入和删除操作的场景，例如实现链表结构，如用于实现一些图算法中的邻接表。
• std::deque：
  • 遍历性能：虽然支持随机访问，但由于其内存结构并非完全连续（由多个连续内存块组成），在缓存局部性上略逊于std::vector，遍历性能稍慢于std::vector，但比std::list快。
  • 适用场景：适用于需要频繁在容器两端进行插入和删除操作，同时又需要一定随机访问能力的场景，例如实现双端队列。