std::unordered_set迭代器遍历的复杂度

Question

我最近玩了 std::unordered_set。我怀疑我的 STL 版本会跟踪某些 FILO 数据结构（看起来像列表）中的非空桶。我想这样做是为了提供完整 std::unordered_set 的 O(n) 时间遍历（其中 n 表示 unordered_set 和 m 桶中的元素数量m 比 n 大得多）。这改进了 O(m) 时间内所有桶的简单遍历。

我已经测试过，遍历大且非常稀疏的 unordered_sets（使用 begin - end）确实比遍历所有桶要快得多。

问题：这个遍历运行时间有标准保证吗？或者这只是我的特定标准库的一个特性？

这是我的测试代码：

#include <iostream>
#include <vector>
#include <numeric>
#include <unordered_set>
using namespace std;

void test(vector<int> data, int alloc_size) {
   unordered_set<int> set(alloc_size);
   for (auto i: data) {
      set.insert(i);
   }

   for (size_t bidx = 0; bidx < set.bucket_count(); ++bidx) {
      cout << "[B" << bidx << ":";
      for (auto bit = set.begin(bidx); bit != set.end(bidx); ++bit) {
         cout << " " << *bit;
      }
      cout << "] ";
   }

   cout << "  {";
   for (auto const & d: set) {
      cout << d << " ";
   }
   cout << "}" << endl;
}

int main() {
   test({1, 2, 0}, 3);
   test({1, 2, 0, 7}, 3);
   test({18, 6, 11, 3, 13, 4}, 20);
   test({18, 6, 11, 3, 13, 4, 34}, 20);
}

打印：

[B0: 0] [B1: 1] [B2: 2] [B3:] [B4:]   {0 2 1 }
[B0: 0] [B1: 1] [B2: 7 2] [B3:] [B4:]   {0 7 2 1 }
[B0:] [B1:] [B2:] [B3: 3] [B4: 4] [B5:] [B6: 6] [B7:] [B8:] [B9:] [B10:] [B11: 11] [B12:] [B13: 13] [B14:] [B15:] [B16:] [B17:] [B18: 18] [B19:] [B20:] [B21:] [B22:]   {4 13 3 11 6 18 }
[B0:] [B1:] [B2:] [B3: 3] [B4: 4] [B5:] [B6: 6] [B7:] [B8:] [B9:] [B10:] [B11: 34 11] [B12:] [B13: 13] [B14:] [B15:] [B16:] [B17:] [B18: 18] [B19:] [B20:] [B21:] [B22:]   {4 13 3 34 11 6 18 }

看起来 begin - end 遍历报告桶以相反的顺序变为非空（参见第一行和第三行）。插入一个已经非空的桶不会改变这个顺序（参见第二和第四行）。

Answer 1

简而言之：是的，这是由标准保证的。

说明

所有迭代器都需要有O(n)遍历时间复杂度（其中n是遍历的项数）。这是因为迭代器上的每个操作都具有恒定的时间复杂度 (O(1))，包括将迭代器前进一个位置。

来自标准（第 24.2.1 §8 节）：

All the categories of iterators require only those functions that are realizable for a given category in constant time (amortized). Therefore, requirement tables for the iterators do not have a complexity column.

因此，当迭代 std::unordered_set 的项目时，时间复杂度为 O(n)（n 集合中的项目数量）。

不相信？

从字面上看上面的引述只能保证常量时间操作是可实现的。这不会阻止特定实现的时间复杂度比 realizable 更差。这可能是因为用词不当，希望没有严肃的实现真正做到这一点。

标准中唯一可以帮助解决这种歧义的其他地方是在第 24.4.4 §1 节中，标准中有关于 std::advance and std::distance 的说法：

These function templates use + and - for random access iterators (and are, therefore, constant time for them); for input, forward and bidirectional iterators they use ++ to provide linear time implementations.

因此，前向迭代器上的 ++ 操作（用于 std::unordered_set）隐含为常数时间操作。

总而言之，虽然第一个引用的措辞含糊不清，但第二个引用证实了意图。

std::unordered_set迭代器遍历的复杂度

Complexity of std::unordered_set iterator traversal

c++

stl

c++-standard-library

c++11

说明

不相信？