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C++中std::map和std::unordered_map的区别?(红黑树 vs 哈希表)

尼克

尼克

发布时间:2026-01-11 10:55:48

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来源于php中文网

原创

std::map基于红黑树,有序、O(log n)操作、内存紧凑;std::unordered_map基于哈希表,无序、平均O(1)查找但最坏O(n)、内存开销大、需支持hash和==。

c++中std::map和std::unordered_map的区别?(红黑树 vs 哈希表)

std::map 是红黑树实现,std::unordered_map 是哈希表实现——这直接决定了它们在查找、插入、遍历、内存占用和异常安全上的根本差异。

查找和插入的时间复杂度不同

红黑树是平衡二叉搜索树,所有操作都基于比较和树结构调整;哈希表依赖散列函数和桶数组,冲突处理影响实际性能。

  • std::map::find()insert()erase() 都是 O(log n),稳定可预测
  • std::unordered_map::find() 平均 O(1),但最坏情况(大量哈希冲突)退化为 O(n)
  • 插入时,std::unordered_map 可能触发 rehash,导致所有迭代器失效;std::map 插入只使指向被插入节点的迭代器有效,其余不变

元素是否有序 & 迭代顺序是否确定

这是最常被忽略但影响接口设计的关键点。

  • std::map 的迭代器按 key 严格升序遍历(使用 std::less),可用于范围查询(如 lower_boundupper_bound
  • std::unordered_map 迭代顺序**完全不确定**,不保证插入顺序,也不保证哈希桶顺序;C++20 起仍无插入顺序保持机制(那是 std::unordered_map 的变种,如 boost::container::flat_map 或自定义链式哈希)
  • 若需有序遍历又想要哈希性能,只能额外维护一个 std::vectorstd::set 同步 key,不能靠 unordered_map 自身

对 Key 类型的要求不同

不是所有类型都能直接用在这两个容器里。

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  • std::map 要求 Key 支持 operator(或提供自定义比较器),比如 intstd::string、自定义结构体(需重载
  • std::unordered_map 要求 Keystd::hash 特化(标准库已提供 intstd::string 等),且支持 operator==;自定义类型必须显式提供哈希函数和相等判断
  • 例如:用 std::pair 作 key 时,std::map 可直接用,std::unordered_map 需手动写哈希特化,否则编译失败

内存占用与局部性表现差异大

哈希表空间开销更大,但访问局部性可能更好(取决于哈希函数质量);红黑树指针跳转多,缓存不友好但内存紧凑。

  • std::unordered_map 默认负载因子上限为 1.0,内部桶数组常预留较多空位(尤其 rehash 后),内存占用通常是 map 的 2–3 倍
  • std::map 每个节点含两个指针(left/right)+ 父节点指针(部分实现)+ color 标志,结构固定;unordered_map 节点还需额外存储 hash 值(某些实现)或 next 指针(链地址法)
  • 小数据量(n )时,std::map 实际性能未必差于 unordered_map,因后者哈希计算和指针间接访问开销明显
// 示例:自定义类型用于 unordered_map 必须提供 hash 和 ==  
struct Point { int x, y; };
namespace std {
template<> struct hash {
    size_t operator()(const Point& p) const {
        return hash{}(p.x) ^ (hash{}(p.y) << 1);
    }
};
}
bool operator==(const Point& a, const Point& b) {
    return a.x == b.x && a.y == b.y;
}
std::unordered_map m; // OK

红黑树和哈希表没有绝对优劣,选错的关键往往不是“快不快”,而是“是否需要有序”“key 是否易哈希”“内存是否敏感”“是否接受最坏 O(n) 查找”。尤其注意:哈希表的迭代器失效规则、自定义类型的哈希实现、以及小规模数据下的实测性能反直觉现象。

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