自定义数据结构的优势是什么？答案

【问题标题】：What is are the advantages of a custom data structure?自定义数据结构的优势是什么？
【发布时间】：2018-09-22 06:51:44
【问题描述】：

如果数据结构（例如stack）已经在C++ STL中可用，我们需要自己定义和实现它们吗？

这两种实现有什么区别？

【问题讨论】：

这个问题太宽泛，无法回答，但你可能想看看这个关于为什么 FB 重新实现字符串的简短视频：youtube.com/watch?v=kPR8h4-qZdk

标签： c++ data-structures stl

【解决方案1】：

首先，自己实现一个现有的数据结构是一个有用的练习。您可以更好地理解它的作用（因此您可以更好地理解标准 containers 的作用）。特别是，您更了解为什么time complexity 如此重要。

然后，存在实施质量问题。标准实现可能不适合您。

让我举个例子。事实上，std::stack 正在实现一个堆栈。它是一个通用的实现。你测量过sizeof(std::stack<char>)吗？你有没有对它进行基准测试，平均有一百万个 3.2 个元素的堆栈，Poisson distribution？

也许在你的的情况下，你碰巧知道你有数百万的char-s 堆栈（从不NUL），其中 99% 有少于4个元素。有了这些额外的知识，您可能应该能够实现比标准 C++ 堆栈提供的“更好”的东西。所以std::stack<char> 会起作用，但考虑到额外的知识，您将能够以不同的方式实现它。你仍然（为了可读性和维护）会使用与std::stack<char> 相同的方法 - 所以你的WeirdSmallStackOfChar 将有一个push 方法等。如果（在项目后期）你意识到或者更大的堆栈可能有用（例如，在 1% 的情况下）您将以不同的方式重新实现您的堆栈（例如，如果您的代码库增长到一百万行 C++ 并且您意识到您通常有更大的堆栈，您可能会“删除" 你的 WeirdSmallStackOfChar 类并添加 typedef std::stack<char> WeirdSmallStackOfChar; ....)

如果您碰巧知道所有您的堆栈少于 4 个 char-s 并且 \0 在其中无效，则将此类“堆栈”-s 表示为 @987654340 @field 可能是最明智的方法。它快速且易于编码。

因此，如果性能和内存空间很重要，您可能会编写一些像

这样奇怪的代码

class MyWeirdStackOfChars {
   bool small;
   union {
     std::stack<char>* bigstack;
     char smallstack[4];
   }

当然，这是非常不完整的。当small 为真时，您的实现使用smallstack。对于 1% 错误的情况，您的实现使用bigstack。 MyWeirdStackOfChars 的其余部分留给读者作为练习（不是那么容易）。别忘了关注rule of five。

好吧，也许上面的例子没有说服力。但是std::map<int,double> 呢？您可能有数百万个，并且您可能知道其中 99.5% 小于 5。您显然可以针对这种情况进行优化。很有可能，通过成对的 int 和 double 数组来表示小地图在内存和 CPU 时间方面都更有效。

有时，您甚至知道所有您的地图的条目少于 16 个（std::map<int,double> 不知道这一点）并且键是从不 0。那么你可能会以不同的方式表示它们。在那种情况下，我想我能够实现比std::map<int,double> 提供的更有效的东西（可能是因为cache 效果，一个包含int 和double 的16 个条目的数组是最快的)。

这就是为什么任何开发人员都应该了解经典算法（并阅读过一些Introduction to Algorithms）的原因，即使在许多情况下他会使用现有的容器。还要注意as-if rule。

【讨论】：

灵活性、性能、可维护性、开发时间、健壮性等......所有这些因素在现实生活中都很重要。您需要了解哪些是占主导地位的。

【解决方案2】：

对于所有可能的用例，数据结构的 STL 实现并不完美。

我喜欢哈希表的例子。我使用 STL 实现已经有一段时间了，但我主要将它用于竞争性编程竞赛。

假设您是 Google，并且您拥有 数十亿美元的用于存储和访问哈希表的资源。您可能希望为公司用例提供可能的最佳实施，因为它通常会节省资源并加快搜索速度。哦，我忘了提到你还有一些地球上最好的工程师为你工作（：

（此视频由 Kulukundis 制作，讲述他在 Google 的团队制作的新哈希表） https://www.youtube.com/watch?v=ncHmEUmJZf4

有理由实施您的自己的版本数据结构的其他一些原因：

测试您对特定结构的理解。
自定义部分结构 结构的某些特殊用例。
为特定的数据结构寻求比 STL 更好的性能。
讨厌 STL 错误。
基准测试针对一些简单实现的 STL。

【讨论】：