Сколько требуется памяти для хранения map

1️⃣ Как кратко ответить

Объем памяти, требуемый для хранения std::map, зависит от количества элементов, размера ключей и значений, а также от накладных расходов на структуру данных, таких как указатели и балансировка дерева. В среднем, std::map использует больше памяти, чем std::unordered_map, из-за необходимости поддержания сбалансированного дерева (обычно красно-черного).

2️⃣ Подробное объяснение темы

std::map в C++ — это ассоциативный контейнер, который хранит пары ключ-значение в отсортированном порядке. Он реализован как сбалансированное дерево поиска, обычно красно-черное дерево. Понимание того, сколько памяти требуется для хранения std::map, важно для оптимизации использования памяти в приложениях.

Структура данных

std::map хранит данные в виде узлов дерева, где каждый узел содержит:

1. Ключ: Значение, по которому осуществляется поиск.
2. Значение: Данные, ассоциированные с ключом.
3. Указатели: На левый и правый дочерние узлы, а также на родительский узел.
4. Цвет: Для поддержания свойств красно-черного дерева (обычно 1 бит).

Расчет памяти

Для каждого узла в std::map требуется память для хранения:

• Ключа: Размер зависит от типа данных ключа.
• Значения: Размер зависит от типа данных значения.
• Трех указателей: Обычно по 8 байт каждый на 64-битной архитектуре.
• Цвета: Обычно 1 бит, но из-за выравнивания может занимать больше.

Пример

Рассмотрим пример, где std::map<int, double> используется для хранения 1000 элементов:

#include <map>
​
int main() {
    std::map<int, double> myMap;
    for (int i = 0; i < 1000; ++i) {
        myMap[i] = static_cast<double>(i) * 1.1;
    }
    return 0;
}

• Ключ (int): 4 байта.
• Значение (double): 8 байт.
• Указатели: 3 указателя по 8 байт = 24 байта.
• Цвет: 1 байт (из-за выравнивания).

Итого, для одного узла: 4 (ключ) + 8 (значение) + 24 (указатели) + 1 (цвет) = 37 байт. Однако, из-за выравнивания и накладных расходов, фактический размер может быть больше, например, 48 байт на узел.

Общий объем памяти

Для 1000 элементов: 1000 узлов * 48 байт = 48000 байт (или около 47 КБ).

Заключение

std::map требует больше памяти по сравнению с другими контейнерами, такими как std::unordered_map, из-за необходимости поддержания структуры сбалансированного дерева. Это делает std::map менее эффективным по памяти, но более эффективным для операций, требующих отсортированного порядка.