C++：std::vector 与 std::list 的性能 [重复]

Question

我有以下代码来分析各种 N 的 std::vector 性能与 std::list 的性能。

void vectorPerf(size_t n)
{
   std::chrono::high_resolution_clock::time_point t1 = std::chrono::high_resolution_clock::now();
   std::vector<size_t> cache;
   for (size_t i = 0; i < n; i++) {
      cache.push_back(i);
   }
   std::chrono::high_resolution_clock::time_point t2 = std::chrono::high_resolution_clock::now();

   auto duration = std::chrono::duration_cast<std::chrono::microseconds>(t2-t1).count();

   std::cout << duration << " us." << "\n";

   return;
}

void listPerf(size_t n)
{
   std::chrono::high_resolution_clock::time_point t1 = std::chrono::high_resolution_clock::now();
   std::list<size_t> cache;
   for (size_t i = 0; i < n; i++) {
      cache.push_back(i);
   }
   std::chrono::high_resolution_clock::time_point t2 = std::chrono::high_resolution_clock::now();

   auto duration = std::chrono::duration_cast<std::chrono::microseconds>(t2-t1).count();

   std::cout << duration << " us." << "\n";

   return;
}

int main(int argc, char** argv)
{

   if (argc != 2) {
      return -1;
   }
   std::stringstream ss(argv[1]);
   size_t n;
   ss >> n;
   vectorPerf(n);
   std::cout << "\n";
   listPerf(n);
   std::cout << "\n";
}

对于同一组 N 的多次运行，我得到的结果与以下数字的顺序一致：

N       std::vector  std::list
1000    46           116
2000    85           217
5000    196          575
10000   420          1215
100000  3188         10497
1000000 34489        114330

我想知道为什么 std::list 的性能总是比 std::vector 差。对于 std::vector，我预计性能会被摊销 O(N)，因为支撑 std::vector 的内部对象需要不时调整大小。由于我所做的只是将一个元素插入到列表的末尾，因此我希望 std::list 为 O(1)。所以这表明 std::list 会比 std::vector 做得更好，但事实恰恰相反。

如果有人能解释为什么会发生这种情况，我将不胜感激。我在 2015 MBP 上使用 g++ 在 MacOS 10.12.6 上编译。

谢谢。

编辑：我现在明白 std::vector::push_back() 是摊销 O(1)。但是，我不清楚的是为什么 std::list::push_back() 的性能始终比 std::vector::push_back() 差？

Answer 1

插入到末尾的向量是摊销常数（即摊销 O(1)）而不是摊销 O(n)，其中列表始终为 O(n)，在这种情况下向量容量增长速度快于其实际大小，它分配额外的空间，然后在执行过程中填充，因此不需要为每个 push_back 分配空间。