std::vector、QList 和 std::list 之间奇怪的（巨大的）性能差异

Question

在编写一个处理大量元素（约 100k）的程序时，我注意到 std::list 和 QList 之间有一个奇怪的区别。 一开始我使用了一个std::vector，它表现不错。但是因为程序经常需要在向量中的随机位置插入元素，所以我切换到 std::list，当迭代器位于所需位置时，它的插入时间是恒定的。

问题是，std::list 在 insert() 和 push_back() 方法中的表现都比 std::vector 差。 测量将 100 个连续元素添加到我得到的 100k 个元素的列表中：

• ~25ms 用于 std::vector（最坏的情况是在开头添加）
• std::list 超过 600 毫秒（！）（任何位置，即使使用 push_back() 或 insert(list.begin()）。

请注意，插入元素的时间不包括迭代器到达位置的时间。

我知道列表的性能问题是由于列表导致缓存未命中，但这似乎超出了缓存未命中的限制。 此外，插入元素（具有 5 个恒定长度变量的简单结构）的时间随着列表的大小而增加。即使是获取列表大小的操作也需要更多时间。 这与列表的两个操作所保证的时间复杂度完全相反：constant。

见：Here

出于好奇，从 std::list 更改为 QList 和 viola：插入时间是恒定的，介于 0ms 和 1ms 之间。

这是用于测量插入时间的代码。

两个时间点之间没有执行其他操作：错误：使用了 size() 方法

std::列表：

    QTime time;
    time.start();

    for (int a = 1; a <= lineChange; a++)
    {
        listData.insert(listIterator, newElement); 
    }        
    int elapsed = time.restart();
    qDebug() << "elapsed: " << elapsed << "ms";

结果：经过：662ms

QList：

    QTime time;
    time.start();

    for (int a = 1; a <= lineChange; a++)
    {
        QListData.insert(iteratorPos, newElement);
        position++;
    } 

    int elapsed = time.restart();
    qDebug() << "elapsed: " << elapsed << "ms";

结果：经过：1ms

std::vector:

    QTime time;
    time.start();

    for (int a = 1; a <= lineChange; a++)
    {
        vectorData.insert(vectorIterator, newElement);

        /*update of the iterator when it was 
        invalidated due to resize of the vector*/
    }    

    int elapsed = time.restart();
    qDebug() << "elapsed: " << elapsed << "ms";

结果：经过：27ms

那么，为什么 QList 和 std::list 之间存在如此巨大的差异呢？ 或者更好：为什么 std::list 的性能如此糟糕？

作为附带信息：我在 Linux (Mint) 下使用带有 gcc 的 QtEditor，并将标志设置为 c++11

编辑：

数据类型和声明：

typedef struct TOKELEMENT {
    unsigned int column;
    unsigned int lenght;
    unsigned int tType;
    std::string value;
} tokElement;

// the three lists
std::vector<okElement> vectorData;
std::list<tokElement> listData;
QList<tokElement> QListData;

tokElement newElement;

unsigned int iteratorPos;
std::vector<std::vector<tokElement> >::iterator vectorIterator;
std::list<std::vector<tokElement> >::iterator listIterator;

//lineChange is an unsigned int, given as function parameter
unsigned int lineChange;

Answer 1

与我在问题中提到的相反（我感到羞耻），我在 for-loop 中再次检查了 std::list 的大小确定是否在列表中使用 insert() 或 push_back()。 由于这个函数没有 O(1) 但 O(n) 的时间复杂度，这大大减慢了整个插入的速度。感谢 Leeor 指出这一点。

在将该检查移出 for-loop 后，std::list 的执行与预期一样，甚至比 QList 更快。