提高将元素从数组插入链表的性能答案

【问题标题】：Improving the Performance for inserting elements into Linked List from an Array提高将元素从数组插入链表的性能
【发布时间】：2016-02-22 15:32:09
【问题描述】：

我想将数组的元素插入到链表中。以下是我正在使用的一段代码：

for (int i = 0; i<MAXSIZE; i++)
    {
        Node* n1 = new Node();
        n1->SetData(randArray[i]);
        n1->SetIndex(i);
        n1->SetNext(NULL);

        //checks if NULL
        if (start == NULL) {
            start = n1;
            start->SetNext(NULL);
        }
        else {
            //inserts the values to the end of the node
            Node *p = start;
            while (p->GetNext() != NULL) {
                p = p->GetNext();
            }
            p->SetNext(n1);
        }
    }

这里 randArray[i] 包含 100000 个元素。

现在我希望这个过程执行得更快。目前，50000 个元素需要 13 秒。

有人可以帮忙吗？

【问题讨论】：

好像没有人提到内存池和自定义分配器。
@ddriver 一位用户确实推荐了内存池，但随后删除了他们的评论。我猜这些东西超出了 Vamsi 所寻找的范围，尽管它们可能对其他拥有算法合理程序但仍需要它更快的人有用。

标签： c++ arrays data-structures linked-list singly-linked-list

【解决方案1】：

如果你想在最后一个位置添加，你不需要每次都在链表上迭代，你只需保持最后一个节点的引用，它将在下一个节点添加节点。喜欢：-

 Node* head ;
    Node* last= null;
    for (int i = 0; i < MAXSIZE; i++) {

        Node* n1 = new Node();
        n1->SetData(randArray[i]);
        n1->SetIndex(i);
        n1->SetNext(null);
        if(last != null){
             last->SetNext(n1);
        }else{
           head = n1;
        }
        last = n;
    }

【讨论】：

您从未设置任何内容指向您创建的第一个节点。之后你会如何使用这个列表？
请再看一遍代码可能是你没有理解正确。
我仔细查看了它，您没有在任何地方设置指向您创建的第一个节点的指针。算法之后剩下的唯一指针是last。您无法从last 访问任何其他节点，因此它们似乎完全无法访问。在我看来，您已经泄露了其余的节点。我再问你一次，你会如何使用这个列表？
感谢您指出错误我现在明白了您的意思并更正了代码。

【解决方案2】：

您现在每次插入新节点时都在寻找最后一个节点...但是您已经知道最后一个节点在哪里，因为您只是在最后一次迭代中插入了它 - 只要您没有抛出那个信息远。只需将指向它的指针存储在一个变量中，该变量在迭代结束时不会被销毁。另一种方式——这对于单链表来说更典型——是只在列表的前面插入。如果您希望元素与数组中的元素顺序相同，则以相反的顺序迭代数组。

摆脱对 end 的线性搜索可将算法的运行时复杂度从 O(n^2) 降低到 O(n)。

另一个对性能影响较小但会使您的代码更简单的优化：使用 insert-in-front-only-approach 并使用哨兵节点实现您的列表。这样你就不需要在每次迭代中都有一个分支。也就是说，由于易于预测，该分支可能影响不大。您也可以使用记住最后一个节点的方法来摆脱分支，方法是将测试移到循环之外，但这不会简化您的代码。

编辑：毕竟不需要哨兵节点，即使它确实简化了一些其他列表算法。我很无聊，所以我实现了 insert-in-front-only 方法：

Node* head = nullptr;
for (size_t i = MAXSIZE; i --> 0;) {
    Node* n = new Node();
    n->SetData(randArray[i]);
    n->SetIndex(i); // †
    n->SetNext(head);
    head = n;
}

† 如果您真的想将索引存储在节点中，您可能需要重新考虑。当节点稍后从尾部以外的任何其他地方插入或删除时更新它会很慢。

【讨论】：

您好，我从理论上理解了您的答案，但是如何在我的代码中实现它。你能证明一下吗？我对链表主题有点陌生
@Vamsi 向我们展示您是如何尝试实现它的，我们可以告诉您出了什么问题。也就是说，m_pOatrix 刚刚为您发布了一个实现。
@user2079303 - 您的答案显示节点被插入到列表的开头，但问题示例代码是将节点附加到列表的末尾，这通常使用指向最后一个节点的指针来完成一个列表。
@rcgldr 您通常不会在单链表的末尾插入，但当然可以通过将指向节点的指针存储在变量中来实现。正如我在回答中解释的那样，Vamsi 可以做到这一点。插入节点的顺序无关紧要，只要插入后节点的顺序正确即可。我反向迭代数组，所以结果是一样的，但代码要简单得多。
@rcgldr forward_list::end 不返回最后一个元素。它将迭代器返回到最后一个元素之后的位置（即最后一个元素指向的位置），就像任何其他标准容器的 end 一样。您只能在单链表中插入 after 元素，并尝试在 forward_list::end 之后插入将是一场灾难。您要做的是在节点 before end 之后插入。如果要在forward_list的末尾插入或拼接，需要自己去跟踪尾部。尾部未存储在forward_list 实例中。

【解决方案3】：

这个例子是在你想要一个实际的追加操作的情况下完成的。 get 和 set 函数阻止您使用指向指针的指针，但这只需要一个 if 语句来检查空列表。

    Node* tail;  // pointer to last node on list (if start != NULL)
    for (int i = 0; i<MAXSIZE; i++)
    {
        Node* n1 = new Node();
        n1->SetData(randArray[i]);
        n1->SetIndex(i);

        //checks if empty list
        if (start == NULL) {
            start = n1;
            tail = n1;
        }
        else {
            tail->SetNext(n1);
            tail = tail->GetNext();
        }
    }
    tail->SetNext(NULL);

【讨论】：

【解决方案4】：

应用 user2079303 建议，

你应该有类似的东西：

Node *p = start;
for (int i = 0; i<MAXSIZE; i++)
{
    Node* n1 = new Node();
    n1->SetData(randArray[i]);
    n1->SetIndex(i);
    n1->SetNext(NULL);

    //checks if NULL
    if (start == NULL) 
    {
        start = n1;
        start->SetNext(NULL);
        p = start;
    }
    else 
    {
        //inserts the values to the end of the node
        p->SetNext(n1);
        p = p->GetNext();
    }
}

【讨论】：