为什么我插入到STL列表运行缓慢

Why is my insertion into STL list running slow?

本文关键字：列表 运行 缓慢 STL 插入 为什么      更新时间：2023-10-16

我正在尝试使用邻接表实现无向图。我使用了以下代码:

int v,e;
scanf("%d%d",&v,&e);
list<int> graph[3000];
for(int i=0;i<e;i++){
    int a,b;
    scanf("%d%d",&a,&b);
    graph[a].push_back(b);
    graph[b].push_back(a);
}

为了测试代码的运行时间，我创建了一个具有3000个顶点和所有可能边的输入文件。跑完全程用时2.2秒。我试图通过将其更改为二维数组来优化，如下所示

int graph[3000][3000];
for(int i=0;i<e;i++){
    int a,b;
    scanf("%d%d",&a,&b);
    graph[a][p[a]]=b;
    graph[b][p[b]]=a;
    p[a]++;
    p[b]++;
}

，其中'p'的大小为3000，大写为全0。对于相同的输入文件，此代码仅运行0.35秒。我使用的是gcc-4.3.2编译器。我知道在列表末尾插入可以在常数时间内完成，那么为什么第一个代码运行缓慢?是否有机会优化链表的实现?

Thanks in advance

避免std::list。这是一个双重链表，它对缓存非常不友好(节点随机分布在内存中)，并且涉及很大的开销(每个元素2个指针)。所以每次你添加一些东西，列表分配2*sizeof(void*)+sizeof(int)字节和额外的operator new内存管理开销。

在算法的后面，当你要迭代这些值时，你实际上是在整个内存中跳跃，这进一步降低了速度。

2d数组没有这个问题，但是它确实浪费了一些内存。

我通常将邻接表表示为向量的向量。

std::vector<std::vector<int> > graph;

请注意，向量也可以在O(1)中push_back值(以及std::deque，它可以更快地附加，但在遍历时较慢)。如果图被期望是密集的，那么邻接矩阵可能是一个更好的选择。

插入到列表中需要分配一个新节点。所以当你做6000次回推时，你必须做6000次内存分配。在数组的情况下，你根本不需要做任何分配，所以这要快得多。这就是完全不同的地方。

要展开这里的答案，请自己实现一个链表类，您将发现为什么它很慢。

可以做一些事情，比如实现一个包含容量值、大小值和指向实际列表中第一个节点的指针的列表。该指针实际上是一个动态数组，当size==capacity时，数组的大小会被调整，容量会增加一些因子(例如10)。

缺点是它被限制为2^(容量大小* CHAR_BIT) - 1个元素，而每次只分配节点需要更长的插入时间，理论上是无限数量的节点。在更快的列表实现的容量达到最大值之前，你很可能会耗尽内存，但这并不能保证，更不用说调整列表的大小通常会涉及到它的副本，所以容量最大值的限制会突然小得多。

链表通常很慢。它们有它们的用途，但是如果你需要更快的运行时间，找到一个更好的实现，使用不同的容器，比如std::vector，或者自己创建一个解决方案，尽管老实说标准容器做得很好。

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