C语言 为什么在存储分配器中使用循环链表而不是树



为什么存储分配器使用循环链表来存储已分配/空闲地址而不是平衡树?遍历链表需要O(n)阶的复杂度而遍历平衡树只需要O(logn)阶,对吧?它背后的优势/理由是什么?

前提("存储分配器使用循环链表来存储已分配/空闲地址")不一定是正确的。对于某些分配器可能是正确的,但一般情况下不是这样。

如果分配器使用类似链表的结构来跟踪内存块,那么它通常作为元数据嵌入到内存块本身中。而不是作为一个单独的数据结构。

例如,每个内存块可以从状态(空闲/已分配)和块大小开始。这种方法基本上实现了一个链表(使用大小,你可以很容易地确定下一个块的开始地址),但是它有一个链表没有的其他属性:你仍然可以通过知道它的内存地址来找到一个特定的内存块(节点)。

因此,您将有一个O(1)访问时间(因为您或编译器知道内存块的内存地址)。合并邻近的空闲块也很简单。如果需要运行某种碎片整理或压缩算法,可以使用类似链表的结构。查找足够大小的空闲块也可以使用类似链表的结构来完成(尽管有时会为空闲块专门使用第二个嵌入的链表,以最小化分配函数的开销)。

当然,这只是解决问题的一种可能方法。但它表明,使用链表并不一定是比其他数据结构更糟糕的选择。

好吧,分配器通常是专门构建的,非常仔细,并且特别针对期望它们服务的特定需求进行精心设计。

因此,在许多工业强度分配器中可能存在更复杂和更不规则的结构。

尽管如此,假设你的问题的前提是准确的:

最坏情况下的复杂度与非常大的遍历最相关。大多数分配器的设计都是为了使必要的遍历量通常非常小,小到维护平衡树所需的额外开销使得平均情况下的遍历变慢。此外,工程师更喜欢最简单的解决方案,除非更复杂的解决方案明显更好:循环链表是最简单的。

遍历一个链表需要O(n)阶的复杂度

是的,但是存储分配器的目的是提供一些已分配的空间,这并不一定需要"遍历"存储先前分配的结构。例如,如果我们每次都以特定大小的块分配内存(因此我们在结构中保留该大小的块),那么我们只需要返回第一个。一般来说,我们只需要找到一个足够大的节点,所以我们一直寻找,直到找到一个足够大的节点(这通常会很快发生)。

而平衡树可以在O(logn)内遍历,对吧?

我们可以在O(logn)中找到一个特定的元素,但我们不能在那个时间内"遍历"树,因为根据定义,对数据结构的"遍历"意味着访问每个节点,并且有O(n)个节点。如果树有合适的搜索树属性,我们只能在O(logn)内找到一个特定的元素。我们需要哪个节点呢?这将使我们有效地找到,例如,足够大的最小分配;但无论如何,这并不一定是我们想要回报的(因为这种策略导致生成许多小块,这些小块可能适合也可能不适合未来的任何分配,并且会使结构膨胀)。也看到。

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