如何实现 sparse_vector 类

Posted 2023-02-16

【中文标题】如何实现 sparse_vector 类

【英文标题】：how to implement a sparse_vector class

【发布时间】：2010-05-11 06:14:43

【问题描述】：

我正在实现一个模板化的 sparse_vector 类。它就像一个向量，但它只存储与其默认构造值不同的元素。

因此，sparse_vector 将为值不是 T() 的所有索引存储 惰性排序 索引值对。

我的实现基于数字库中现有的稀疏向量——尽管我的也将处理非数字类型 T。我看了boost::numeric::ublas::coordinate_vector和eigen::SparseVector。

两个商店：

size_t* indices_;  // a dynamic array
T* values_;  // a dynamic array 
int size_;
int capacity_;

他们为什么不简单地使用

vector<pair<size_t, T>> data_;

我的主要问题是这两个系统的优缺点是什么，最终哪个更好？

pair 的向量为您管理 size_ 和 capacity_，并简化了随附的迭代器类；它也有一个内存块而不是两个，因此它会导致一半的重新分配，并且可能具有更好的引用局部性。

另一种解决方案可能会更快地搜索，因为在搜索期间缓存行仅填充索引数据。如果 T 是 8 字节类型，可能还有一些对齐优势？

在我看来，成对向量是更好的解决方案，但两个容器都选择了另一个解决方案。为什么？

【问题讨论】：

我认为map + 大小/容量会比任何数组/向量选项更好。 o.0

首先，在 pair<size_t, T> 中有一个未初始化的 T 将与 pair 的 ctors 和 dtor 混淆（并且基本上是不可行的）。马上，您就需要自己的专用实用程序类（例如 boost::optional）。

@Dav：boost 有另一种使用地图的稀疏向量类型。对于具有许多条目的向量，在实践中会慢一些。不过这是一个很好的解决方案。 @Roger Pate：您存储的 T 都已初始化。

@Dav：澄清了向量已排序（在进行查找时，但不确定插入...），因此它与查找的 map 一样快（第一个除外）——并且会产生一小部分缓存未命中数

【参考方案1】：

将索引放在单独的列表中会使它们的查找速度更快 - 正如您所建议的那样，它会更有效地使用缓存，尤其是在 T 很大的情况下。

如果您想实现自己的，为什么不直接使用std::map（或std::unordered_map）？密钥会更大，但实现时间将接近于零！

【参考方案2】：

实际上，他们似乎重新发明了***（可以这么说）。

我个人会根据您的需要考虑 2 个库：

Lo​​ki，对于Loki::AssocVector -> 通过vector 实现的地图接口（这是您希望做的） Boost.Iterator，用于其iterator_adaptor 类。通过 Composition 实现新容器变得非常容易。

作为评论，我会注意到您可能希望与T() 不同的值更通用一点，因为这将T 强制为DefaultConstructible。您可以提供一个采用T const& 的构造函数。在编写通用容器时，最好尽量减少必要的要求（只要不影响性能）。

另外，我要提醒您，使用vector 进行存储的想法对于少量值非常有用，但您可能希望将底层容器更改为经典的map 或unordered_map，如果值的数量增加。这可能值得分析/计时。请注意，STL 通过容器适配器（如 stack）提供了此功能，尽管它可能会使实现稍微困难一些。

玩得开心。

【讨论】：

感谢您指出 iterator_adaptor -- 不知道。