面试题：Rust向量插入删除操作的性能优化

Question

假设在Rust中有一个非常大的向量，需要频繁地在向量头部插入新元素，同时偶尔删除向量尾部元素。请说明这种场景下常规的 `push`、`pop`、`insert` 操作存在什么性能问题，并给出优化方案，编写示例代码展示优化后的操作。

Answer 1

常规操作的性能问题

1. push 和 pop：push 和 pop 操作在向量尾部进行，对于偶尔删除向量尾部元素的操作，pop 是高效的，时间复杂度为 O(1)。但本题需求重点在于频繁在头部插入，push 对此场景无用。
2. insert：insert 方法用于在向量指定位置插入元素，在头部插入新元素时，时间复杂度为 O(n)，因为插入新元素后，后续所有元素都需要移动位置，随着向量规模增大，性能会显著下降。

优化方案

使用 std::collections::VecDeque 双端队列来代替 Vec。VecDeque 允许在两端高效地插入和删除元素，在头部插入（push_front）和尾部删除（pop_back）的时间复杂度均为 O(1)。

示例代码

use std::collections::VecDeque;

fn main() {
    let mut deque: VecDeque<i32> = VecDeque::new();

    // 频繁在头部插入新元素
    for i in 0..10 {
        deque.push_front(i);
    }

    // 偶尔删除向量尾部元素
    if let Some(removed) = deque.pop_back() {
        println!("Removed element: {}", removed);
    }

    // 打印双端队列
    println!("Current deque: {:?}", deque);
}