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C++中std::list和std::vector哪个查找快?(连续内存与链表的差异)

尼克

尼克

发布时间:2026-01-11 14:55:02

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来源于php中文网

原创

std::vector的operator[]是O(1),但std::find仍是O(n);查找值需遍历,虽缓存友好而实际更快,但复杂度未变;std::list不支持operator[],查找和随机访问均为O(n)且更慢。

c++中std::list和std::vector哪个查找快?(连续内存与链表的差异)

std::vector 的 operator[] 是 O(1),但 std::find 仍是 O(n)

很多人误以为 std::vector “因为连续内存所以查找快”,其实只对**按索引随机访问**成立。如果你在找某个值(比如 std::find(vec.begin(), vec.end(), x)),它和 std::list 一样,都得逐个比对,时间复杂度都是 O(n)。区别在于:std::vector 的每次内存访问更友好——CPU 缓存命中率高,实际运行往往快 2–5 倍;而 std::list 每次跳转都要读新内存页,cache miss 频繁。

std::list 根本不支持随机访问,operator[] 不存在

std::list 是双向链表,没有下标运算符。写 lst[5] 直接编译失败,错误信息类似:error: no match for 'operator[]'。想取第 n 个元素?只能用 std::next(lst.begin(), n),这会从头开始走 n 步,是 O(n) —— 而且每一步都是非连续指针解引用,性能远差于 std::vector 的地址偏移。

查找性能真正拉开差距的场景:带排序或需频繁插入/删除中间

如果数据天然有序,又常做查找,别硬刚 std::vectorstd::list —— 改用 std::set(红黑树,O(log n) 查找)或排序后配 std::binary_search(O(log n) + O(n log n) 预处理)。若必须用序列容器且要高频中间插入/删除,std::list 的 O(1) 插删优势才可能抵消它 O(n) 查找的劣势;但一旦查找变多,整体反而更慢。

  • 查得多、改得少 → 优先 std::vector + 排序 + std::binary_search
  • 改得多(尤其中间)、查得少 → std::list 才有存在意义
  • 既查又改还要求稳定 O(log n) → 直接换 std::setstd::unordered_set

一个实测差异明显的例子

在 10 万整数中查找末尾元素:

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#include 
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#include 
#include 

std::vector v(100000, 0); v.back() = 999;
std::list l(v.begin(), v.end());

auto t1 = std::chrono::high_resolution_clock::now();
std::find(v.begin(), v.end(), 999);
auto t2 = std::chrono::high_resolution_clock::now();
std::find(l.begin(), l.end(), 999);
auto t3 = std::chrono::high_resolution_clock::now();
// 在典型机器上,t2-t1 通常为 10–30μs,t3-t2 为 150–400μs

差距主要来自内存局部性,不是算法阶数——这点容易被忽略。

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