有什么比 std::vector<std::unique_ptr<T>> 更好的替代品吗？答案

【问题标题】：Any better alternative to std::vector<std::unique_ptr<T>>?有什么比 std::vector<std::unique_ptr<T>> 更好的替代品吗？
【发布时间】：2014-01-11 20:34:46
【问题描述】：

我正在寻找需要满足这些要求的容器（针对游戏开发，尤其是实体管理）：

快速迭代
没有存储元素的副本
指向元素的指针不会失效
移除和插入元素

例子：

Container<Entity> container;

// This pointer will always point to the player
Entity* player{new Entity};          
container.add(player);               

// Set some entities to "dead"
for(auto& e : container) if(e->type == "Enemy") e->die(); 

// Use erase-remove idiom on "dead" entities
container.cleanup();                 

// Player pointer is still valid
player->doSomething();

到目前为止，我已经尝试了两种不同的容器类型：

std::vector<std::unique_ptr<T>>
1. 缓存友好（快速迭代）
2. 没有副本（感谢std::unique_ptr）
3. 指针不会失效（感谢std::unique_ptr）

...和...

std::list<T>
1. 缓存不友好（迭代速度较慢）
2. 无副本
3. 指针不会失效

即使看起来有悖常理，std::vector<std::unique_ptr<T>> 也比 std::list<T> according to my benchmarks 更高效。

（对于更大的类型，std::list<T> 在插入期间性能更高，但std::vector<std::unique_ptr<T>> 仍然胜出）。

我想知道是否有更好的替代 std::vector<std::unique_ptr<T>>。

理想情况下，替代方案应该是缓存友好，以便快速迭代，并允许用户在添加/删除现有项目后引用相同的项目（指针不应失效)。

【问题讨论】：

为什么你需要一个已经表现良好的vector的替代品？
你试过std::deque吗？您将获得许多与 std::vector 相同的好处，但不需要大量连续内存来存储大量数据。
你要更频繁地执行什么操作？
我怀疑性能会更好，但你可以试试boost::ptr_vector<T>。
@VittorioRomeo：如果您可以找到要创建的对象数量的上限，您可以使用某种Object Pool pattern 并避免拥有指针

标签： c++ performance c++11 vector containers

【解决方案1】：

通过性能测试，您正在做正确的事情。这是回答这个问题的唯一正确方法。

我所知道的唯一可能更快的是创建一个缓冲区。然后为从缓冲区分配的vector<unique_ptr<T>, custom_allocator<unique_ptr<T>>> 创建一个自定义分配器。

还从同一个缓冲区分配您的对象（这样 unique_ptr 指向缓冲区）。

要做到这一点，您必须知道上限，或者在超出限制时编写溢出逻辑。

让自定义分配器从缓冲区的中间向上增长。

让 unique_ptrs 的分配从缓冲区的中间向下增长。

只要整个缓冲区适合缓存行，您就会尽可能快。这并非易事，您当前的解决方案可能已经足够好了。

【讨论】：

【解决方案2】：

这听起来像是你想要一个普通的 std::vector 。

这是迄今为止最快的迭代，因为您正在对内存的连续部分进行一次扫描。只有研究 T 的结构才能做得更好。

可以在 O(1) 中使用 push_back 插入新元素。可以在 O(1) 中结合使用 swap 和 pop_back 来删除单个元素。可以使用 remove_if 和 erase 的组合来删除多个元素。

您不能存储指针，因为它们会失效。但是，您可以做的是存储索引并使向量几乎全局可用。

使用索引代替指针还有两个优点：

int 使用 4 个字节，而指针使用 8 个字节。使用指针会自动导致更大的内存占用，从而导致更多的缓存未命中。我怀疑你会有超过 2^32 个实体，所以 8 个字节是多余的。
您可以使用数组结构而不是结构数组。

为了说明第 2 点，请看以下两个示例

struct Unit{
    int type, health;
};
vector<Unit>units;
for(int i=0; i<(int)units.size(); ++i)
    if(units[i].type == medic)
        units[i].health += 10;

对

vector<int>type, health;
for(int i=0; i<(int)type.size(); ++i)
    if(type[i] == medic)
        health[i] += 10;

假设只有很少的医生。在第一个代码 sn-p 中，整个内存必须通过缓存进行管道传输，因为类型和健康值在内存中是相邻的。在第二个示例中，只需要加载所有类型以及医生的少数健康值。总之，需要加载的内存更少，从而导致更快的迭代。

【讨论】：