【数据结构】顺序表和链表的优缺点_顺序表与链表比较各自的优缺点是什么

顺序表和链表的优缺点

一、顺序表

1.1、优点

1. 支持随机访问（用下标访问），时间复杂度为O（1）
   顺序表在物理上是连续，如一些排序，二分查找等都是类似为与顺序表的结构
2. CPU高速缓存命中率高
   
   

1.2、缺点

1. 头部中部的插入删除效率低，时间复杂度为O（N）
   顺序表是从开始的位置连续存储数据，对头部和中间的数据进行操作，就需要挪动数据，效率很低
2. 空间不够需要扩容
   顺序表的扩容其实是很不高效的，扩容分两种，1. 原地扩容 2.异地扩容

• 原地扩容：当前扩容的地方，还剩多的空间够你扩容
• 异地扩容：当前扩容的地方，没有多的空间够你扩容，系统就自动的帮你到内存堆上找一个足够大(比扩容后的空间大)的空间，再把之前空间的数据可以拷贝过来，在销毁以前的空间，这样的效率非常低

3. 扩容空间浪费
   为了避免频繁扩容，一般都是扩2倍，可能会导致一定的空间浪费，如：原来的空间有100个，满了，扩容到200个，我们就在想插入5个，就会有95个空间浪费，而且你删除的数据多了，更加空间浪费，他并不会释放空间。

二、链表

2.1、优点

1. 任意位置插入删除效率高，时间复杂度为O（1）
2. 按需申请释放空间
   
   

2.2、缺点

1. 不支持随机访问（下标访问）
   由于链表在物理上是不连续的
2. 链表每一个节点都需要申请，在存储上面有一定的消耗
   5个节点，就需要5个结构体，每个结构体里面还需要存指针。
3. CPU高速缓存命中率低
4. 缓存污染
   
   
   

三、CPU高速缓存缓存命中率

计算机的存储分为内储存器和外存储器。
内储存器：寄存器，三级缓存（L1，L2，L3），主存（内存）
外存储器：硬盘

高速缓存的作用：解决CPU和内存速度不匹配

我们编写了一段代码（.c），需要进行 预编译，编译，汇编，链接，才能变成可执行文件（.exe）。
编译：高级语言（我们写的代码语句）变为汇编代码
在汇编的过程中汇编代码又变成机器码（机器语言），也就是我们说的指令
指令会将内存的数据传输到寄存器或缓存中，最后写入内存

寄存器：速度最快，存储小，一个寄存器一般能存4Byte或8Byte的数据
如：a+b
数据较小，指令就会将a和b放到寄存器里，在寄存器里进行运算，最后写入内存

我们分别遍历一遍顺序表和链表

• 都存放5个数据
• 顺序表数据1地址是0x110b2311
• 链表数据1地址是是0x11220b22
  

现在就体现出CPU高速缓存缓存命中率这个概念了

CPU会看这数据1的内存地址是否在缓存中

• 在：命中，直接访问数据
• 不在：未命中，把一块连续空间数据放入到缓存中（空间局部性），放入多少数据这要看内存的大小。

第一次都是未命中

第二次，由于空间局部性原理（下一次访问该地址的附近地址）

• 顺序表：命中，物理地址连续，第一次把后面的数据预加载到缓存
• 链表：未命中，物理地址是不连续。

所以结果是：顺序表除了第一次未命中，后面几次都命中。链表第一次未命中，其他几次几乎都不会命中

链表还会造成缓存污染。

四、缓存污染是什么？

缓存污染是指操作系统将不常用的数据从内存移到缓存，降低了缓存效率的现象。

就按我们刚才的例子，分别遍历顺序表和链表
顺序表只有1次未命中，链表几乎5次未命中

假设一次加载20Byte数据到缓存（具体多少取决于CPU）
我们遍历的数据就5个int整形，1个int整形占4Byte，一共20Byte。
顺序表在缓存里只用了20Byte，链表用了100Byte，所以链表浪费80Byte的缓存空间，然而缓存空间也是有限的，满了的话就需要把近期未访问的数据给移出去

五、总结

经过这么多对比，可以发现顺序表和链表就是互补的存在，两个都有存在的意义和自己擅长的领域。