Question

我正在Albahari兄弟的Nutshell中阅读C＃4.0，我遇到了这个：

堆栈在内部实现，其中数组根据需要调整大小，与Queue和List一样。（第288页，第4段）

我不禁想知道为什么。 LinkedList提供O（1）头尾插入和删除（这应该适用于堆栈或队列）。可调整大小的数组有O（1）缓冲插入（如果我没记错的话），但O（n）最坏的情况（我不确定删除）。它可能比链表使用更多的空间（对于大型堆栈/队列）。

还有更多吗？双链表实现的缺点是什么？

Answer 1

但O（n）最坏的情况

摊销的最坏情况仍为O（1）。长期和短期插入时间平均 - 这是摊销分析的整个点（并且删除相同）。

数组也使用 less 空间而不是链表（毕竟必须为每个元素存储一个额外的指针）。

此外，开销远远低于链表。总而言之，基于数组的实现对于几乎所有用例来说都是（非常）更高效，即使偶尔访问需要更长时间（事实上，通过采取一些队列可以更有效地实现自己在链表中管理的页面的优点 - 请参阅C ++“std::deque实现”。

Answer 2

这是对用于100 System.Int32 s的堆栈的内存资源的粗略估计：

数组实现需要以下内容：

type designator                          4 bytes
object lock                              4
pointer to the array                     4 (or 8)
array type designator                    4
array lock                               4
int array                              400
stack head index                         4
                                       ---
Total                                  424 bytes  (in 2 managed heap objects)

链接列表实现需要以下内容：

type designator                          4 bytes
object lock                              4
pointer to the last node                 4 (or 8)
node type designator         4 * 100 = 400
node lock                    4 * 100 = 400
int value                    4 * 100 = 400
pointer to next node  4 (or 8) * 100 = 400 (or 800)
                                     -----
Total                                1,612 bytes  (in 101 managed heap objects)

数组实现的主要缺点是在需要扩展时复制数组。忽略所有其他因素，这将是O（n）操作，其中n是堆栈中的项目数。这似乎是一个非常糟糕的事情，除了两个因素：它几乎没有发生过，因为每次增加时扩展加倍，并且阵列复制操作高度优化并且速度惊人。因此，实际上，扩展很容易被其他堆栈操作所淹没。

同样适用于队列。

Answer 3

这是因为.NET被设计为在现代处理器上运行。哪个比内存总线快得多。处理器的运行速度约为2千兆赫兹。机器中的RAM通常为几百兆赫兹。从RAM读取一个字节需要超过一百个时钟周期。

这使得CPU缓存在现代处理器上非常重要，大量的芯片空间被烧毁，使缓存尽可能大。典型的今天是L1缓存64 KB，最快的内存和非常接近处理器核心的物理位置，L2缓存256 KB，慢速和远离核心，L3缓存大约8 MB，更慢和更远离开，由芯片上的所有核心共享。

要使缓存有效，按顺序访问内存非常重要。如果需要L3或RAM存储器访问，读取第一个字节可能非常昂贵，接下来的63个字节非常便宜。 “高速缓存行”的大小，即内存总线的数据传输单位。

这使得数组成为迄今为止最有效的数据结构，其元素按顺序存储在内存中。到目前为止，链接列表是最糟糕的数据结构，其元素通过内存自然分散，可能会导致每个元素的高速缓存缺失。

因此，除LinkedList＆lt;＆gt;之外的所有.NET集合在内部实现为数组。请注意Stack＆lt;＆gt;已经自然地实现为一个数组，因为你只能从数组的末尾推送和弹出一个元素。 O（1）操作。调整数组大小是分摊O（logN）。

为什么Stack <t>和Queue <t>用数组实现？</t> </t>

3 个答案: