循环优先级队列

由来

在最近的项目中,我需要用到一个能设置固定长度的优先级队列,查了一下知名的第三方库,没有找到合适的,于是,决定自己写一个。

需要的功能主要是:

  1. 一个能存放对象的队列,支持push和pop
  2. 容量固定,可以配置
  3. 能自动排序
  4. 能够遍历
  5. ring buffer

因为,我通读过STL的源码,对stl容器比较熟悉,写一个类似的应该不难,节约时间。所以就仿照STL的list,写了一个这样的容器

源码地址:https://github.com/zfq559/ring_queue

实现

首先想到的思路就是用循环数组,事先申请好固定长度的对象数组,循环使用,类似vector,但是,增删的时候,需要移动元素,而且没法实现emplace函数了,写到一半,这个思路就被废弃了。于是,改用双向链表,这样,五个条件,都比较容易满足,但是,如果内存不是连续的话,遍历的cache miss就比较高,于是就加入了内存池。

类定义为:

template <class T, uint32_t Size = 10, class Compare = std::less<T>>
class RingQueue;

其中,T为容器中存放的数据类型,Size表示容器大小

元素节点定义成了这样:

template <class T> struct QueueNode {
  char data[sizeof(T)];
  QueueNode<T> *prev{nullptr};
  QueueNode<T> *next{nullptr};
};

STL中,data的类型是一个 T*。我这里之所以这样定义,为了只创建一个内存池对象,让内存尽可能连续。

插入元素使用的是插入排序:

    Node *node = nullptr;
    for (node = dummy_->prev; node != dummy_; node = node->prev) {
      if (value_compare_(*(T *)node->data, value)) {
        break;
      }
    }

考虑到,使用的时候,更多情况下,按顺序插入元素,所以,这里寻找插入点的时候,从后往前查找

判断队列是否满,使用成员变量length_,如果插入一个元素之后,队列超过Size大小了,删除头节点就可以了,因为头节点保存的是最小值:

    // if queue is full, delete head node
    if (length_ > Size) {
      Node *head = dummy_->next;
      _destroy((T *)head->data); // 析构节点中保存的对象

      dummy_->next = head->next; // 删除节点
      head->next->prev = dummy_;
      length_--;

      alloc_.PutNode(head); // 内存回收
    }

内存池也是类似STL中的分配器:

template <class T, uint32_t Num> class Allocator;

事先申请 (Num+2)*(sizeof(T)8字节对齐)的内存,每个块,称为一个 pool,内存池自动扩容,不过最多申请10个 pool。不能自动减少容量

测试

使用 googletest 写了十几个用例,并和 std::list,std::set 作对比,在 win10/ubuntu18-x64/ubuntu16-armv8测试发现,这个容器性能是超过 std::set 的,更是超过了排序的 list

结语

TODO:需要加入 benchmark 和 profile。增加erase函数,删除指定节点

主要的特点就是上面所描述的,个人难免有考虑不到的地方,或者程序有bug,如果有人提出来,我非常感谢!

posted @ 2019-11-06 21:19  二狗啸地  阅读(...)  评论(... 编辑 收藏