为什么.NET中队列的底层实现使用数组？

Question

我正在阅读C＃在一个Nutshell中，书中提到Queue数据结构的底层实现使用了一个根据需要调整大小的数组。这个调整大小当然会有成本，所以我想知道使用它的背后的理由是说双链表是什么？鉴于我们只关心第一个和最后一个元素，并且双链表比数组更有效地调整大小，为什么要使用数组呢？数组会占用更少的内存，但这是唯一的理由吗？

编辑： 对不起，刚才意识到这几乎与此完全重复： Why are Stack<T> and Queue<T> implemented with an array? （他们的问题甚至来自同一本书）。不管怎样，谢谢你的所有答案！

Answer 1

出于同样的原因，使用数组而不是链接列表实现了许多其他数据结构，如堆栈，哈希表，邻接列表等：

• 使用事实上的标准调整大小策略，指数增长，即使您从一个空数组开始并插入几百万个项目，您也只需要二十几个调整大小操作。而前几个调整大小的操作只会复制几个字节。
• 特别是队列很少无限制地增长，所以你大多可以避免调整大小。
• 它不仅仅是更紧凑，一个双向链接的公共值类型的引用类型（int）比同等数组大三倍，甚至没有将每个对象的分配开销帐户。如果我们诚实并考虑到这些，我们必须添加一个或两个单词的每节点标题，因此它更像是4x或5x更大。这使阵列可能存在的任何过度分配相形见绌。
• 由于连续性，阵列使各种缓存的使用大致无限好。这实际上影响了您可以对队列执行的任何操作，除了询问其大小，包括调整大小。
• 必须分配所有这些列表节点并进行垃圾回收。虽然分代GC应该使分配非常便宜，并且应该很容易选择只在队列中花费很少时间的节点，但仍然需要做很多不必要的工作，如果队列很大或者很少使用，那么很多节点可以在较小的GC之前存活下来从队列的末尾弹出，所以就是这样。

Answer 2

将数组用作循环缓冲区，就像它们所做的那样，对于可以假设具有最大大小的队列更好。数组的增长是使它更昂贵的部分，因此如果您假设队列大小不会不断扩展，或者在创建队列时提供了有效的最大值，则使用数组仅优于双链表。 the all-knowing Wikipedia上有一个关于循环缓冲区的详细解释（甚至特别提到了队列）：

  

循环缓冲为具有固定最大大小的队列提供了良好的实施策略。如果队列采用最大大小，则循环缓冲区是完全理想的实现方式;所有队列操作都是恒定时间。然而，扩展循环缓冲器需要移位存储器，这是相对昂贵的。对于任意扩展队列，可能首选链接列表方法。

简而言之，因为大多数用例不会涉及任意扩展队列，并且因为对于那些关注性能的人来说，可以从一开始就提供最大值，使用了一个用作循环缓冲区的后备数组。

Answer 3

恕我直言，双链表在概念上很漂亮。但理论上，它要求为每个节点分配一个隔离的内存块，这是非常昂贵的。我相信任何严格的双链表实现应该实际使用预先分配的内存块，根据需要按部分扩展/缩小。这就是为什么数组实际上是实现队列的理想后端。