“合并”事件队列的正确术语是什么？

Question

假设我有一个“事件”对象队列，其中每个对象都有一个“事件类型”和某种数据字段。在 C++ 中可能是这样的：

enum class EventType
{
    A,
    B,
    C
};

struct Event
{
     EventType type;
     std::string message;
};

比如说，我想要一个包含这些事件的队列，并且我希望队列具有以下属性：

• 当一个事件被推送到队列中时，相同EventType 的任何现有事件都将被删除。因此，当从队列中弹出一个事件时，它始终是其EventType 的最新最近添加实例
• 不同 EventType 的事件按照它们被推送的顺序弹出。 （pop() 不会期望任何参数）。

因此队列对于Event 和LIFO 对于EventType 是FIFO。

示例：

以下事件被推送到队列中（字母为事件类型，数字为实例号）

A1 A2 C1 C2 C3 B1 B2 A3

如果 pop() 被调用 3 次，则按顺序返回的项目将是

C3 B2 A3

这种类型的数据结构有名称吗？有实现的例子吗？

Answer 1

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免责声明：非常高效的数据结构设计与领域（架构）和数据上下文密切相关。以下解决方案旨在对一般情况在理论上有效。有关详细信息，请参阅最终注意事项。

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结构设计

这个想法很简单。

保留一个代表队列的底层数据结构。

每次插入新事件时，检查类型是否已经存在。在这种情况下，我们可以删除该元素。通过这种方式，我们维护了第一个属性（每种类型只有一个实例，这意味着我们总是弹出该类型的最新实例）。

最后，我们将新实例插入到队列的末尾。因此，我们保留第二个属性。

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一个简单实现的例子

#include <algorithm>
#include <list>
#include <utility>

class QueueWithAGoodName {
 public:
  using reference = Event&;

  void push(Event event) {
    if (const auto finder =
            std::find_if(queue_.begin(),
                         queue_.end(),
                         [eventType = event.type](const Event& event) {
                           return event.type == eventType;
                         });
        finder != queue_.end()) {
      queue_.erase(finder);
    }
    queue_.push_back(std::move(event));
  }

  reference front() { return queue_.front(); }

  void pop() { queue_.pop_front(); }

 private:
  std::list<Event> queue_;
};

Live Example

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考虑与分析

• 在我的示例中，我使用了std::list 作为基础数据结构。事实上，std::list 非常方便，以防您经常在“中间”删除。此外，删除后，迭代器不会失效。如果我们想改进队列，这是一个很好的属性。

• QueueWithAGoodName::push 具有运行时间复杂度：O(N)（因为我们应用线性扫描来查找类型）。其中N 是队列的大小。

• QueueWithAGoodName::pop 和 QueueWithAGoodName::front 是 O(1)。

进一步考虑

• 对于这种类型的数据结构，有一个重要的属性。每种类型都有一个实例。这意味着N（队列的大小）的上限为EventTypes 的数量。
• 如果事件类型的数量有限，可以应用几个考虑因素，因为（对于常见架构）运行时复杂性O(N) 可以近似为O(1)。在这种情况下，由于缓存，std::vector 作为底层数据结构可能更有效。
• 在我报告的简单示例中，push 是O(N)。如果您有几种类型的EventTypes，您可以使数据结构在推送操作中更高效。简而言之，可以使用辅助std::unordered_map<EventType, list::iterator>（即hash map）来避免线性搜索。擦除后，std::list 不会使迭代器失效，因此哈希表保持一致。