Достоинства и недостатки связных списков
Перечислим преимущества связных списков.
Важным преимуществом связных список является независимость быстродействия операций включения и удаления от количества элементов. В подразделе 6.5, где обсуждаются особенности операций вставки и удаления в массиве, показано, что эти операции требуют выполнения сдвига, т. е. физического перемещения в памяти группы элементов. Аналогичные операции в связных списках вызывают простое изменение значений адресов, хранящихся в самих элементах.
На основе концепции связности элементов можно создавать бесконечное множество различных структур данных, что позволяет формировать в памяти ЭВМ разнообразные информационные модели для различных предметных областей.
Благодаря использованию динамических связных списков экономится оперативная память ЭВМ. В связном списке в любой текущий момент времени существует ровно столько элементов, сколько требуется для решаемой задачи.
Динамические связные структуры создаются, хранятся и обрабатываются в самой большой по объему области оперативной памяти куче (heap). Это дает возможность с помощью таких структур решать серьезные задачи, требующие много памяти.
Основным недостатком связных списков является то, что затраты времени на получение доступа к их элементам зависят от количества элементов. Для получения доступа к некоторому i-ому элементу необходимо выполнить переходы по ссылкам вплоть до искомого элемента. Чем больше элементов в списке, тем больше переходов придется совершить.
Второй недостаток связан с произвольным физическим размещением элементов списка в куче. Поскольку в общем случае вставки и удаления элементов выполняются в непредсказуемом порядке, узлы списка будут разбросаны по различным страницам виртуальной памяти. Это влияет на эффективность выполнения операций.
Наконец, в элементах связных списков приходится размещать структурные ссылки, число которых зависит от степени связности К. Для К‑связной структуры затраты памяти на ссылки составляют К*SizeOf(Poiner) байт на каждый элемент.
Функциональные и свободные списки
Общая характеристика функционального и свободного списка
Важнейшие операции над связными списками включение и исключение элементов. Список, уже сформированный к текущему моменту времени и хранящий в содержательных полях своих элементов полезную информацию, называют функциональным списком. Свободным списком называют такой дополнительный список элементов (или один элемент), который служит источником памяти при формировании функциональных списков. Каждый элемент свободного списка имеет такой же формат полей, как и элемент функционального списка, но содержимое информационной его части не определено.
Свободный список формируется из элементов, исключаемых из функционального списка. Операцию исключения можно изобразить с помощью рисунка 6.14, на котором показана операция исключения третьего узла. Если на удаляемом элементе не сохранить указатель (как на рисунке 6.14 6), то его слот перестанет быть адресуемым, то есть в куче появится неадресуемое пространство «дыра». С целью экономии памяти исключенный элемент следует включить в список, сформированный из других исключенных элементов одинакового формата, то есть в свободный список. В дальнейшем прежде чем добавить в функциональный список новый элемент, следует проверить соответствующий свободный список, и, если в свободном списке есть элементы, то взять элемент из него, а не создавать в памяти новый элемент.
Рисунок 6.14 Исключение в связном списке
В Delphi распределением и освобождением памяти занимается очень сложный диспетчер кучи. Диспетчер кучи содержит код, который позволяет манипулировать кусками памяти. Диспетчер кучи Delphi использует свободный список освобожденных блоков памяти различного размера. Некоторые массивы в Delphi используют цепочку удаленных элементов, которая является ни чем иным, как другим названием свободного списка. Многие базы данных поддерживают скрытый свободный список удаленных записей, которые можно использовать повторно.