C++ 将链表嵌入数据结构的优点是什么？

在阅读FreeBSD中的内核数据结构时，我偶然发现了

MBuf

。

MBuf

包含一个指向

MBuf

链中下一个

MBuf

的指针，实现一个链表。每个

MBuf

本身也包含特定于链接列表中该节点的数据

我更熟悉将容器类型与值类型分离的设计（考虑

std:：list

，或

System.Collections.Generic.LinkedList

）。我正在努力理解将容器语义嵌入到数据类型中的价值主张——获得了什么样的效率？这真的是为了消除节点实例指针存储吗

获得了什么样的效率？这真的是为了消除节点实例指针存储吗

我认为缓存未命中率越低，总体性能越好（即使链表通常不是缓存友好的数据结构）。
这样，您就不必再按照一个指针来查找内存中的某个位置的数据，并将它们靠近每个节点的处理器。

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此外，如果您在连续的内存区域中构造节点，并使用两个指针管理它们（让我们称它们为空闲列表和使用中列表，听起来熟悉吗？），您可以在性能方面得到提升（至少只要列表中不包含很多项，否则风险是在内存中来回跳跃）。在这种情况下，In和deletition具有恒定的时间（当然，除非在插入到特定位置之前必须搜索列表中的节点），这是另一个优势。

假设您有一个指向列表中节点的迭代器/指针。为了获取数据，您必须：

• 从节点读取指向数据的指针
• 取消对刚刚读取的指针的引用，并读取实际数据

另一方面，如果列表概念“嵌入”到数据结构中，则可以在单个内存操作中读取对象，因为它与节点本身在一起

分离列表节点及其数据的另一个问题是列表节点本身很小（通常只有2或3个指针）。因此，在内存中保留这样一个小结构的内存开销可能会很重要。您知道，诸如

new

或

malloc

之类的操作实际上消耗的内存比分配的内存多，系统使用它们自己的树结构来跟踪内存空闲的位置和不空闲的位置

在这种情况下，将事情分组到单个分配操作中是有益的。您可以尝试将多个列表节点保存在小型捆绑包中，也可以尝试将每个节点与其分配的数据连接起来

类似的策略可以在入侵指针（相对于共享指针）或将对象和智能指针数据打包在一起的

std:：make_shared

中看到

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zett42做了一个注释，说明

std:：list

将

T

与节点数据一起保存。这实现了我上面解释的单个内存块，但有一个不同的问题：

T

不能是多态的。如果您有一个类

a

及其派生

B

，则

node

不是

node
B
的派生，只将表示
a
的部分复制到节点中

如果要在单个列表中保存多态对象，典型的解决方案是实际拥有
std:：list），其中节点信息实际上是
A
对象的一部分。然后，每个节点都可以是
a
的派生节点，而不会出现问题。
侵入式链表的一大优点是，您可以创建一个预先存在的对象列表，而无需任何新的分配。要使用std:：指针列表执行此操作，需要分配内存

Boost有一个侵入式列表实现，并提供了使用理由
 链表是一种非常简单的结构，通常只需添加一个指向结构的下一个指针，就可以完成，而不是处理一个抽象类。我非常确定，
std:：list
内部不会将内存分配给与“上一个”和“下一个”指针不同的值，而是分配一个包含值和指针的连续内存块。我可能错了，但这从性能的角度来看是有意义的。刚刚检查过，VS2015附带的
std:：list
实现具有以下内部节点数据类型：
struct\u list\u node{u Voidptr\u Next；\u Voidptr\u Prev；\u Value\u type\u Myval；}。。。因此与
MBuf
没有根本区别。
std:：list
只是很好地封装了所有内容，因此只要看一下公共接口，就会发现值类型是“隔离的”。至少在VS2015实现的
std:：list
中，上一个和下一个指针以及节点的实际数据都包含在一个“节点”结构中，因此，“真实”数据没有单独的分配：
struct_List_node{u Voidptr_Next；_Voidptr_Prev；_Value_type_Myval；}