C++ STL 堆栈与 forward_list

Question

我有一个用例，我需要以无特定顺序存储一些 uint16_t 变量（尽管变量的实际类型不相关）。我决定求助于 STL 来寻找最适合我需要的容器。

容器中的物品可能会被取出使用并放回容器中。有点像机械师可能会有一盒螺丝刀，而不是把螺丝刀放在口袋里。容器不需要对存储的对象进行任何排序，取出什么都没有关系——唯一的要求是知道容器中是否还有任何东西。

我的目光转向std::stack 和std::forward_list。它们都提供了 O(1) 插入（只是改变前面的元素）和 O(1) 的弹出操作（同样，只是改变前面的元素并返回前一个前面）。问题是 - 我不知道它们在概念上有何不同。

我知道std::stack 是一个仅包装实际 STL 容器的适配器（默认为 std::deque），因此它可能会产生一些意外开销，具体取决于被包装的容器。

我倾向于使用std::forward_list，但我正在寻找同事的意见。如果您对此事有任何想法，请分享。

Answer 1

TLDR： 如果您只需要添加/删除最后一个元素，请使用向量或堆栈。这是最快的选择，并且开销最低。

长版：查找链表和动态数组之间的比较，例如这里：vector vs. list in STL

大部分讨论都是关于 std::list 但同样的原则也适用于 forward_list

开销和操作的简短说明

向量数据结构：

• 1 个动态分配的数组
• 1 个整数，表示使用的元素数
• 1 个整数，表示可用元素的数量（预分配大小）

（脚注：实际上不是计数器而是指针。我们不用担心）。

在向量末尾追加一个元素：

1. 检查是否有可用空间。如果不是，则重新分配两倍于当前大小的数组。由于向量增长到两倍大小（指数增长），这种情况非常罕见，不会对性能产生太大影响。
2. 将元素复制到数组中的索引
3. 增加计数器

从向量末尾移除一个元素：

1. 递减计数器。就是这样（除非你有析构函数）

内存开销： 24 字节用于指针和计数器。 8 字节用于数组的动态分配。最坏情况下 50% 未使用的元素。

转发列表数据结构：

• 1 个指向第一个元素的指针
• 1 个指向最后一个元素的指针
• 在每个元素中，1 个指向下一个元素的指针

转发列表插入：

1. 动态分配新元素（昂贵）
2. 设置指针（便宜）

删除第一个元素：

1. 将指针从第一个元素更改为第二个元素
2. 释放元素（昂贵）

动态分配的计算开销远高于向量使用的任何东西。

内存开销：

• 16 字节用于基结构中的两个指针
• 每个元素 8 字节用于动态分配，8 字节用于指向下一个元素的指针，6 字节填充，因为分配器仅适用于 8 字节的倍数

对于每 2 个字节使用的有效负载，与向量中的 2-for-2 最坏情况相比，有 22 个字节的开销！