c++ 中的 map 和 unordered_map 在内存使用方面有什么区别吗？

Question

我在 InterviewBit 上解决一个问题并遇到一个问题， 这是链接https://www.interviewbit.com/problems/diffk-ii/。 当我使用 c++ STL map 来解决这个问题时，它会向我显示消息

超出内存限制。您的提交未在分配的内存限制内完成。 这是我的代码

int Solution::diffPossible(const vector<int> &A, int B) {
    int n = A.size();
    map< int , int > mp;
    for(int i =0;i<n; i++)
        mp[A[i]] = i;
    int k = B;
    for(int i =0; i<n; i++){
        if(mp.find(A[i]+k) != mp.end() && mp[A[i]+k] != i){
            return 1;
        }
        if(mp.find(A[i]-k) != mp.end() && mp[A[i]-k] != i){
            return 1;
        }
    }

    return 0;
}

当我用 unorderd_map 替换 map 时，解决方案被接受。 这是代码

int Solution::diffPossible(const vector<int> &A, int B) {
    int n = A.size();
    unordered_map< int , int > mp;
    for(int i =0;i<n; i++)
        mp[A[i]] = i;
    int k = B;
    for(int i =0; i<n; i++){
        if(mp.find(A[i]+k) != mp.end() && mp[A[i]+k] != i){
            return 1;
        }
        if(mp.find(A[i]-k) != mp.end() && mp[A[i]-k] != i){
            return 1;
        }
    }

    return 0;
}

这意味着 map 比 unordered_map 占用更多的内存。 谁能解释这是怎么回事？为什么地图占用更多内存 空间大于 unordered_map？

Answer 1

1. 地图被实现为二叉搜索树，每个节点（除了有用的数据）通常存储3个指针（指向一个左孩子、右孩子和父母）。

2. 无序映射被实现为哈希表，其中每个节点都在一个链表中。对于单链表（属于相关存储桶），每个节点只有 1 个指针。 更新：但是，每个存储桶还有一个额外的指针。在没有冲突的理想情况下，每个存储在内存中的元素会有 2 个指针。

请注意，2 个ints 通常会占用 8 个字节，与单个指针相同。

---

例如，查看 GNU libstdc++ 实现。 RB树的节点定义如下：

struct _Rb_tree_node_base
{
  typedef _Rb_tree_node_base* _Base_ptr;
  typedef const _Rb_tree_node_base* _Const_Base_ptr;

  _Rb_tree_color    _M_color;
  _Base_ptr     _M_parent;
  _Base_ptr     _M_left;
  _Base_ptr     _M_right;
  ...

在那里，您可以观察到这 3 个指针。

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一般来说，很难说哪个容器会消耗更少的总内存。但是，我创建了一个基准，将 1M 随机数插入到两个容器中，并测量了 最大驻留大小 (MaxRSS) 以反映所有消耗的内存空间，包括例如堆管理数据。结果如下：

1. 48,344 kB，std::map，
2. 50 888 kB 用于std::unordered_map，
3. 对于std::unordered_map 和reserve，40,932 kB。

请注意，由于桶列表的重新分配，无序地图（广告 2.）的内存消耗更高。这就是reserve 成员函数的用途。如果一个人关心内存消耗并且事先知道元素的数量，他/她应该总是预先分配（这与向量的情况相同）。

Answer 2

映射基本上是二叉搜索树，而 unordered_map 实现为哈希映射。如果您查看两者的实现，您会很快注意到 BST 要大得多。

这也意味着 map 比 unordered_map 慢很多。

                | map             | unordered_map
---------------------------------------------------------
Ordering        | increasing  order   | no ordering
                | (by default)        |

Implementation  | Self balancing BST  | Hash Table
                | like Red-Black Tree |  

search time     | log(n)              | O(1) -> Average 
                |                     | O(n) -> Worst Case

Insertion time  | log(n) + Rebalance  | Same as search

Deletion time   | log(n) + Rebalance  | Same as search

英国夏令时：

struct node
{
    int data;
    node* left;
    node* right;
};

哈希映射：

struct hash_node {
    int key;
    int value;
    hash_node* next;
}

参考：https://www.geeksforgeeks.org/map-vs-unordered_map-c/