如何在 C 中实现静态图答案

【问题标题】：How to implement a static graph in C如何在 C 中实现静态图
【发布时间】：2010-07-06 12:15:36
【问题描述】：

我需要在用 C 语言编写的游戏服务器中存储游戏地图的图表。

该图有大约 200 个节点和 3 种可以连接两个节点的边（这三种也可以重叠：例如，一个节点可以由两种不同类型的 2 条边连接）。一个节点的最大度数大概是5-6个节点。

我想要的是让这个静态结构以一种有效的方式实现，让我可以做一些简单的操作，比如

但在多线程环境中，因为会有很多游戏实例依赖于同一个静态图。

由于图表无法修改且结构众所周知，我确信有一些技巧可以以一种很酷的方式实现它，以尽可能使用最少的资源。

我现在想避免使用 STL 或 Boost.. 你有任何关于适合的数据结构的线索吗？

（这不是一个过早的优化，事实是它会在 vps 上运行，而且我没有很多内存和 cpu 能力，所以我需要保持紧张）

编辑：只是因为我忘记了（感谢让我意识到）图是无向所以每条边都是对称的..

提前致谢

【问题讨论】：

【解决方案1】：

许多答案都是可能的。这取决于您拥有相对较少的节点这一事实。这种方法的优势可能是无与伦比的性能。

这个想法是将您的图表表示为一个 200x200 的字节矩阵，每个条目代表一条边。该字节为您提供 256 个不同的可能值，其中 0 显然表示“无连接”，任何非零位组合最多可以表示 8 种不同的边缘类型。

让这个矩阵的“行”为起始节点，“列”为目的地。初始化结构，使得对于连接一个节点与另一个节点的每条边，在开始/结束的交点处都有一个值。该值可以是表示边缘类型的位的组合。

要判断一个节点是否连接到另一个节点，只需查询一个节点与另一个节点相交处的字节：如果那里有一个非零值，那么就有一个连接，该值会告诉你是什么类型。

对于 200 个节点，此数据结构将占用 40 KB，这相当适中。一旦超过 1000 个节点，它就不会很好地扩展。

只要没有东西（除了一次性初始化）写入这个结构，它自然是线程安全的，因为它的状态永远不会改变。

【讨论】：

啊，打败我了。只是想补充一点，如果图形是无向的，您只需要存储一半的数组。 (20KB)
如果我正在实施，我会懒得花很多心思来节省一半所需的内存。此外，该问题暗示 OP 还将寻找反向连接。我在这里的方法是“留给读者的改进”:)
就此而言，如果有三个可能的连接，您应该只需要每对 3 位或 14925 个字节。（如果它是三个 200*199 位 = 25 * 199 字节的数组，而不是每对使用 3 个连续位，查找会更容易）
@Pete：好主意！看看 OP 的（更新的）问题，似乎内存确实很宝贵，所以节省下来可能是值得的。如果图表确实是无向的，则可以合并@wds 的建议以再节省 50%。所以我们会减少到 7500 字节？开始看起来不错。而且仍然非常快。
是的，如果你把它切成两半，标准做法就是找到一个从 (a,b) 坐标到线性地址空间的良好映射函数，然后在你寻址一个元素时设置宏。（如果 a a+b-1）。皮特的建议需要更多技巧。使用字节的好处是它很容易使用，您可以进行一些测试（是否有链接）而无需使用掩码。我认为这是内存/cpu 的权衡。

【解决方案2】：

由于度数是有限的，您可以通过一个结构体来表示一个节点，该结构体具有指向其他节点的指针数组（每个边缘类型一个数组），从而获得非常好的性能。

无论您选择哪种数据结构，如果您的图形是只读的，您就可以避免担心多线程（允许多线程访问它而无需同步）。

【讨论】：