何时使用c++的forward_list

When to use C++ forward_list

本文关键字：list forward c++ 何时使      更新时间：2023-10-16

我对c++有点陌生，正在读《c++编程语言(第4版)》这本书。在阅读"STL容器"一章时，书中有对forward_list的介绍:

forward_list(单链表)基本上是一个优化过的列表对于空的和非常短的列表。一个空的forward_list只占用一个词。令人惊讶的是，列表有很多用途空(其余都很短)

我想知道一个列表有多短是考虑短?谁能给一个简单的例子来利用forward_list呢?

一般来说，当您更关心存储大小而不是随机访问迭代时，您希望使用前向列表之类的东西。这是一个数据结构，您可以使用它来存储各种类型的稀疏数据。当您有大量的条目是默认值时，假设所有条目都是默认值会变得更便宜(在内存方面)，除非显式指定它们不是。

我上次使用forward_list是用列表的列表方法表示一个稀疏矩阵。这节省了大量的内存，因为只有极少数的条目是非零的，而矩阵的维数非常大。

假设你有一个图，它有很多顶点，但没有很多边，也许有数百万个顶点(节点)，但每个顶点最多只有5个边(连接)。如果你试着将这个图存储在内存使用邻接矩阵(多维数组)存储的大小由O(|v|^2) (v是顶点的集合)。如果你将其存储为包含每个顶点的边列表的顶点长度的数组，那么大小将是O(|v|*|e|)(其中e是边的集合)。如果边的数量远远少于顶点的数量，这是很多图的情况，那么使用边列表方法是一个不错的选择。在这种情况下，上面提到的|e|最多是5，所以内存节省是巨大的。通常，当你找到一个感兴趣的顶点时，在对它进行操作之前，你会将与它相关的边加载到内存中。在这种情况下，这个想法主要是关于存储而不是随机访问迭代，所以如果你不使用它们，你就不想为大量的反向指针付出代价。对于这种情况，forward_list将是一个合适的数据结构。

以下是std::list和std::forward_list中使用的节点结构:

struct _List_node      // list node
{   
  _Voidptr _Next;      // successor node, or first element if head
  _Voidptr _Prev;      // predecessor node, or last element if head
  _Value_type _Myval;  // the stored value, unused if head
};
struct _Flist_node     // forward_list node
{   
  _Voidptr _Next;      // successor node
  _Value_type _Myval;  // the stored value
};

空间计算:

sizeof(_List_node)  = 2 * sizeof(_Voidptr) + sizeof(_Value_type)
sizeof(_Flist_node) = 1 * sizeof(_Voidptr) + sizeof(_Value_type)

如果sizeof(_Value_type)等于或近似等于sizeof(_Voidptr)，则有:

sizeof(_List_node)  ~ 3 * sizeof(_Voidptr)
sizeof(_Flist_node) ~ 2 * sizeof(_Voidptr)

如果sizeof(_Value_type)>> sizeof(_Voidptr)，那么节省是可以忽略不计的。但是对于存储较小的对象，使用forward_list可以节省约1.5倍的空间(前提是不需要反向迭代器)

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