实现队列的最佳数据结构是什么？ [关闭]

Question

我只需要入队和出队操作。

Answer 1

从理论上讲，一个有头有尾的单链表。从前面移除，附加到尾部。在那里，您有理论上的 O(1) 恒定时间复杂度（即使在最坏的情况下），而且存储空间比双向链表要少。

从实际的角度来看，可增长的基于数组的连续结构可以使用循环索引更好地执行。由于空间局部性（例如适合多个相邻元素的缓存行），硬件擅长处理连续内存。那些算法复杂度更差，只有摊销的常数时间和最坏情况下的线性时间复杂度（尽管它很少见，通常并不重要）。

此外，从实际的角度来看，展开列表也可以很好地工作（基本上存储在链接在一起的节点中的多个元素的数组，为您提供引用的局部性 + 保证恒定时间的入队和出队）。

“最好”在这里真的很难说，因为它取决于您的需求。

例如，带有尾部的单链表具有每个节点的分配/解除分配开销和丢失引用位置的弱点，除非您使用有助于缓解这些弱点的高效、连续分配器来支持这一点。它还为每个元素支付列表指针/引用的内存开销（由于每个节点的单独分配，可能还会增加一些）。正如 cmets 中所指出的那样，链表通常远不如听起来那么好，因为它们与硬件的实际性质并不一致（至少没有分配器的大量帮助）。

循环数组有一个弱点，它需要过多的容量来减少重新分配的数量（否则最坏情况下的线性时间复杂度会更频繁地出现）和副本（尽管在某些情况下它们可能很浅） .此外，由于它只是一个大的连续内存块，如果您正在处理大量数据集，即使在具有虚拟寻址的机器上也可能出现内存不足错误（内存不足并不一定意味着所有内存都已用完）在这种情况下，这意味着未找到与请求大小匹配的连续未使用页面集）。

展开列表减轻了列表指针和节点分配开销，但在节点中存储了一些多余的容量，这可能会非常浪费，例如，如果您使用能够存储每个节点 64 个元素的展开列表并且您正在只需在队列中存储 3 个元素。

Answer 2

您可以使用数组（内存中的连续空格） 你也可以使用链表（不一定是连续的）

Array 及其更高级的衍生物（ArrayList、vector 等）可能更复杂。它们效率不高，因为如果开始添加太多元素，可能会耗尽连续内存空间，并且必须将队列中的所有内容复制到新的内存块中。

对我来说，链表似乎很有效，只要你跟踪前后（头和尾，随便你怎么称呼它）。

这可能会有所帮助：https://www.cs.bu.edu/teaching/c/queue/linked-list/types.html

Answer 3

我不推荐array（或在array 之上实现的任何数据结构），因为dequeue 操作会导致所有元素的移动。在这种情况下，我会选择single ended linkedList，其中您在末尾插入并从开头删除，但如果您想从最后一个删除，则需要doubly linkedlist，因为您需要倒数第二个节点上的句柄来删除最后一个节点（dequeue），这将导致扫描单指针linkedlist的完整列表。