FIFO 类型的容器 - 哪种 STL 容器最适合，为什么？答案

【问题标题】：FIFO type of container - Which STL Container is most suitable and why?FIFO 类型的容器 - 哪种 STL 容器最适合，为什么？
【发布时间】：2011-11-04 20:25:36
【问题描述】：

我最近的任务是实现一个缓冲区，该缓冲区将被日志类用作临时存储。日志记录类本身是一个单例，并且使用了观察者侦听器模式。您可以期望使用此类记录数以千计的消息。

现在问题出在这里：

我们有一个用于调试目的的跟踪日志记录选项。启用此选项后，每秒消息数会以指数方式增加。在发布代码中，跟踪记录被禁用，但是可以存储固定数量的消息的缓冲区，例如10000 被转储到日志中如果发生错误，以便开发人员找出问题的根源。

如果缓冲区已满，则删除最旧的消息，以便为最新消息释放空间。

void Log::storeToBuffer(const LogType_E & type_in, const LogDomain_E & domain_in,const int & id_in, const char * msg_in)
{
    if(this->myEnableTraceBuffer)
    {
        if(static_cast<std::list<Message> * >(this->myRingBuffer)->size() < this->myRingBufferMaxSize)
        {
            static_cast<std::list<Message> * >(this->myRingBuffer)->push_back(Message(type_in, domain_in, id_in, msg_in));
        }
        else
        {
            //buffer full so remove oldest element and add new
            if(static_cast<std::list<Message> * >(this->myRingBuffer)->size() > 0) static_cast<std::list<Message> * >(this->myRingBuffer)->pop_front();
            static_cast<std::list<Message> * >(this->myRingBuffer)->push_back(Message(type_in, domain_in, id_in, msg_in));
        }
    }
}

我使用 std::list 实现了这一点，非常简单地使用 push_back/pop_front 来利用恒定的删除/插入执行时间。（不要要求空投，不是我的决定）。

但是由于缓冲区大小是固定的，并且在对象的生命周期内不太可能改变，也许带有显式索引操作的向量更合适？例如，可以有两个 indeces ， start/current 都从位置 0 开始。当向量已满时，我们添加一些东西 start 移动到位置 1 和 current 到位置 0，因此在打印结果时我们有正确的顺序。

也许另一个 STL 容器更适合这种东西？

感谢您耐心阅读这长长的文字墙。我在这里回答任何问题。

【问题讨论】：

这实际上是 FIFO 而不是 FILO/LIFO。
@ChristianRau 是的，你完全正确。
只是好奇，你为什么要把日志保存在内存中？如果发生崩溃，您的日志会在您最需要的时候消失。
@AndersK。我们只是将跟踪消息保存在内存中，而不是日志本身。当您有数百万条消息时，它会严重影响性能，因此跟踪消息仅用于调试目的。
是的，感谢您提供的信息，祝您愉快。

标签： c++ stl containers

【解决方案1】：

std::deque 可以有效地在开头或结尾插入或删除，使其成为一个出色的缓冲区结构。它可以用作std::queue 的模板类型，非常适合您的应用程序 - 每次执行push 时检查队列的大小，如果大小超过最大值，则检查pop。

【讨论】：

【解决方案2】：

听说过std::deque吗？ :)
它允许在双方进行摊销的恒定时间随机访问和恒定时间推送/弹出操作。因此，它可以很容易地用作 FIFO 队列。

也就是说，因为它可以很容易地使用，所以有一个容器适配器std::queue，尽管它不提供随机访问和迭代器接口。

【讨论】：

是的，我考虑过这个选项。这与当前的 std::list 实现有什么不同吗？我会看到任何性能提升吗？
@FailedDev, std::list 为每个元素保留一对链接指针。如果这些指针相对于您要存储的项目很大，则可能会产生影响。 std::deque 也允许有效的随机访问，但它似乎不是你使用的要求。
哦，是的，非常如此。 std::deque 实际上是展开的 std::list
@MarkRansom 是的，我根本不需要随机访问。
It (std::queue) 不仅不提供随机访问，而且不提供迭代，我认为这可能是输出逻辑所需要的。当然你可以不断地弹出，但这会破坏容器。

【解决方案3】：

虽然 std::list 的 push_back/pop_front 是常数时间，但它们将使用堆分配，这可能是您的瓶颈。

您使用 std::vector 描述的方法将消除堆分配，因此可能会更快。使用你描述的 std::vector 是一个循环缓冲区，如果你可以使用 boost 那么这里有一个兼容 stl 的缓冲区：http://www.boost.org/doc/libs/1_47_0/libs/circular_buffer/doc/circular_buffer.html

【讨论】：

感谢您的宝贵时间。不幸的是，我不能在这个项目中使用 boost。
很遗憾 - 我认为 std::deque 最终仍会分配大量新块并释放旧块，即使您将获得更好的内存局部性，因为它将是以块的形式分配，并且不会一直维护前向/后向指针。如果性能对您来说真的很重要，那么使用您所描述的向量实现循环缓冲区可能是可行的方法。但是，根据您的 malloc() 实现和应用程序中正在进行的其他分配，好处可能非常微不足道。

【解决方案4】：

您正在寻找的是一个双端队列，其中可以从前/后添加元素，并且 C++ 标准库的版本是 std::deque。它在功能上类似于std::vector（例如通过索引访问，但要注意，不能保证连续存储），但支持前后快速插入和删除。我认为在内部它实际上是作为一个普通数组实现的，就像一个环形缓冲区。

我认为，我在这里看到的唯一问题是它没有提供reserve 方法。所以你不能从一开始就说它应该为你潜在的 10000 个元素腾出空间，并且必须考虑一些重新分配。但是这些应该摊销，就像向量一样。仍然比 std::list 的 10000 或更多小分配要好。一旦它的大小达到 10000 个元素，就不应该再进行任何分配，而 std::list 会不断地解除分配并分配新的对象。

实际上你也可以使用std::queue，它默认使用std::deque作为它的底层容器类型，并且只提供FIFO队列所需的少数功能。但在这种情况下，您将无法访问单个元素或迭代所有元素，这可能是您的输出逻辑所需要的。

【讨论】：