Question

我有一个基于对象的邻接列表图，其中包含存储在nodes中的edges和vector。

class Graph
{
    struct NodePrivate 
    {
        QVector<int> m_FromEdges, m_ToEdges;
    };

    struct EdgePrivate
    {
        int m_iFrom, m_iFromIndex, m_iTo, m_iToIndex;
    };

    //...        
private:
    QVector<NodePrivate> m_Nodes;
    QVector<EdgePrivate> m_Edges;
};

为了确保图元素在删除时的连续性（和恒定速度），我通过将最后一个元素与要删除的元素进行交换来进行删除。

现在，当图形的用户访问元素时，他通过Node和Edge类来访问元素，这些类实际上只是图形索引的包装器（和int）。 / p>

class Item
{
    //...
private:
    int m_Index = -1; //or QSharedPointer<int>, see below
    const Graph *m_Graph = nullptr;
};

class Node : public Item {};
class Edge : public Item {};

删除node或edge这些索引可能会失效。我希望这些是坚持不懈的，并且已经尝试过（成功）两种策略，但我不喜欢它们中的任何一种：

1）通过注册它们并分别在构造函数和析构函数中注销它们来跟踪Node和Edge类型的所有对象。然后，只要相关索引发生更改，它们就会用于更新内部索引。最大的缺点是相当多的不必要的注册临时工。

2）另一种选择是通过使索引动态化（std::shared_ptr<int>）来使用智能指针方法。然后通过更新所有对象来更新索引，但是以动态内存为代价。

有没有其他选择来实现这一点或改进这两种设计？

Answer 1

首先，我必须承认，我不认为这个问题可以完美解决。如果您真的想要定期对图表进行大量的小改动，那么您应该切换到将所有内容存储在链表而不是数组中。此外，您可以放弃并明确说明，所有Node和Edge句柄都会失效，就像std::vector::iterator - 在向std::vector添加元素时失效

一般性讨论

在您的情况下，顶点和邻接列表存储在数组中。此外，您还拥有Node和Edge个助手，它们允许用户随时指向真实节点和边缘。我将它们称为句柄（它们就像没有任何迭代功能的C ++迭代器）。我看到两种不同的方法可以在更改后维护句柄。

第一种方法是将直接指针（或索引）存储到每个句柄中的物理对象，就像现在这样做。在这种情况下，每当移动对象时，您都必须更改对象的所有句柄。这就是为什么你绝对必须注册你在某处给出的所有句柄。这正是你建议的第一个解决方案，它导致了重做＆＃34;句柄：无论是否实际移动任何对象，创建，删除和复制句柄都会变得昂贵。

第二种方法是将指针存储到Handle中的某些中间事物。然后确保在对象的生命周期中永远不会更改此内容，即使对象移动也是如此。显然，您在句柄中指向的东西必须与边缘节点的实际物理索引不同，因为它们会发生变化。在这种方法中，每次取消引用句柄时都必须为间接访问付费，因此句柄访问会变得稍微重一些。

您建议的第二种解决方案是遵循第二种方法。中间事物（由句柄指向）被动态分配int - 包裹在shared_ptr中，每个对象一个永不移动int。您必须至少从创建的每个对象的单独动态分配（+ deallocation）中受到影响，同样来自参考计数器更新。可以轻松删除引用计数器：在unique_ptr和NodePrivate对象中存储EdgePrivate - s，在Node和Edge对象中存储原始指针。

新方法

第二种方法之后的另一种解决方案是使用ID作为指向句柄的中间事物。无论何时创建节点，都要为其分配一个新的节点ID，边缘也相同。从零开始顺序分配ID。现在，您可以维护物理索引与这些ID之间的双向对应关系，并在更改时在 O（1）时更新它。

struct NodePrivate 
{
    QVector<int> m_FromEdges, m_ToEdges;
    int id;   //getting ID by physical index
};
struct EdgePrivate
{
    int m_iFrom, m_iFromIndex, m_iTo, m_iToIndex;
    int id;   //getting ID by physical index
};

private:
QVector<NodePrivate> m_Nodes;
QVector<EdgePrivate> m_Edges;
QVector<int> m_NodeById;  //getting physical index by ID
QVector<int> m_EdgeById;  //getting physical index by ID

请注意，这些新的m_NodeById和m_EdgeById向量会在创建对象时增长，但在删除对象时不会缩小。因此，您将在这些数组中包含空单元格，只有在删除图形时才会释放这些单元格。因此，只有在确定图形生命周期内创建的节点和边缘总量相对较小时，才能使用此解决方案，因为每个对象占用4个字节的内存。

提高内存消耗

您可能已经注意到刚刚提出的新解决方案与基于shared_ptr的解决方案之间的相似性。实际上，如果我们不区分C指针和数组索引，那么它们是相同的，除了：在您的解决方案int中 - s在堆中分配，但在提议的解决方案中int - s分配在pool allocator。

对于无空闲池分配器的一个众所周知的改进是称为＆＃39; free lists＆＃39;的技术，我们可以将其应用于上述解决方案。我们允许重用它们，而不是总是为创建的对象分配新的ID。为了实现这一点，我们存储了一堆免费ID，当一个对象被删除时，我们将它的ID添加到这个堆栈。创建新对象时，我们从堆栈中获取ID。如果stack为空，那么我们分配一个新的ID。

struct EdgePrivate
{
    int m_iFrom, m_iFromIndex, m_iTo, m_iToIndex;
    int id;   //getting ID by physical index
};
private:
QVector<EdgePrivate> m_Edges;
QVector<int> m_EdgeById;    //getting physical index by ID
QVector<int> m_FreeEdgeIds; //freelist: stack of IDs to be reused

此改进确保内存消耗与您同时存在的最大对象数（而不是创建的对象总数）成比例。但是，它当然会进一步增加每个对象的内存开销。它可以节省您的malloc /免费成本，但是在经过多次操作后，您可能会遇到大型图形内存碎片问题。

持久性adjcacency图索引实现

1 个答案:

一般性讨论

新方法

提高内存消耗