我应该使用哪个 C++ stl 容器？

Question

想象一下以下要求：

应该记录测量数据，并且用户应该能够遍历数据。

uint32_t timestamp;
uint16_t place;
struct SomeData someData;

• 在结构中包含时间戳 (uint32_t)、地点 (uint16_t) 和一些数据

• 具有恒定数量的数据集。如果有新的到来，最旧的就会被扔掉。

• “place”的数量是动态的，用户可以在运行时插入新的

• 应该可以将数据迭代到下一个较新或较旧的数据集，但前提是位置相同

• 只需要在末尾插入

• 内存应该在程序启动时分配一次

• 插入不需要很快，但不应长时间阻塞其他可能正在迭代容器的线程

• 内存要求应该很低

编辑： - 容器应该是所有未使用的内存，因此它可能很大。

我不确定我应该使用哪个容器。它是一个嵌入式系统，不应该使用 boost 等。

我看到以下可能性：

std::vector - 缺点：最后的插入要求复制所有对象，在此期间另一个线程无法访问该向量。编辑：这可以通过将其实现为循环缓冲区来避免 - 请参阅下面的 cmets。遍历向量时，我必须测试地点 ID。也许将大量内存分配为一个块也可能是一个问题 - 因为内存可以分段？

std::deque - 与std::vector 插入（和pop_back）相比更快，但内存要求？如果插入在末尾，迭代器不会变为无效。但我仍然需要迭代和测试第二个 ID（“地点”）。我认为它不需要像向量或数组那样在一个大块中分配所有内存。如果在前面添加一个元素，最后删除另一个元素（或先删除后添加），我猜不会发生内存分配？

std::queue - 我宁愿使用队列而不是双端队列？在许多实现中，队列是否真的像双端队列一样实现？

std::map - 与 deque 一样，任何现有元素的迭代器都不会变得无效。如果我将键设置为位置和时间戳的组合，那么通过地图的迭代可能会更快，因为它已经排序？地图的内存需求？

std::multimap - 由于地点的数量不是恒定的，我无法制作以“地点”为索引的多地图。

std::list - 这里比 deque 没有优势？

有些人建议使用循环缓冲区。如果我不想将内存分配为一个大块，我仍然必须使用容器，并且上面的大多数问题仍然有效。

更新： 我将按照这里的建议使用环形缓冲区，但使用双端队列作为底层容器。为了能够使用预选的“位置”快速滚动数据集，我最终将在数据结构中引入两个额外的索引，它们将指向具有相同位置的上一个和下一个索引。

将使用多少内存？在我的特殊情况下，结构的大小是 56 字节。 gnu lib 使用 512 字节作为最小块大小，IAR 编译器使用 16 字节。因此，使用的块大小将分别为 512 或 56 字节。除了两个迭代器（每个使用 4 个指针）和大小之外，还将为每个块存储一个指针。因此，与使用 std::vector 或数组相比，在 iar 编译器（块大小 56 字节）的实现中（在 32 位系统上）将有 7% 的开销。在 gcc 实现中，块中将容纳 9 个对象（504 个字节），而每个块需要 512 + 4 个字节，多出 2%。

块大小并不大，但指针数组所需的连续内存大小已经比较大了，特别是对于一个块为一个结构的实现。

一个 std::list 每个结构需要 2 个指针，在我的情况下，在 32 位系统上是 14% 的开销。

Answer 1

1. std::vector

   ...内存可以分段吗？

   不，std::vector 分配连续内存，如该链接中所述。数组也是连续的，但你也可以使用向量。

2. std::deque 是分段的，你说你不想要。或者你想避免一个大的分配块？不清楚。

   无论如何，如果你真的想要一个循环缓冲区（因为你永远不会从前/后添加/删除元素），它对向量没有任何好处，而且你无法控制块大小。

3. std::queue

   ...在许多实现中，队列是作为双端队列实现的，这是真的吗？

   是的，这是 all 实现中的默认设置。请参阅链接文档或任何体面的书籍。

   听起来您并不想要一个 FIFO 队列，所以我不知道您为什么要考虑这个 - 接口不符合您声明的要求。

4. 'std::map`

   ...遍历地图可能更快，因为它已经排序？

   在大多数现代服务器/桌面架构上，map 会更慢，因为推进迭代器涉及指针追逐（这会损害流水线）和可能的缓存未命中。您的匿名嵌入式架构可能对这些影响不太敏感，因此 map 可能对您来说更快。

   ...地图的内存要求？

   更高。您为每个元素添加了节点大小（至少几个指针）。