STL之deque(二)

本文深入解析了deque迭代器的关键行为,包括迭代器的各种运算重载,如何处理缓冲区边缘情况,以及实现随机存取等高级操作。对于理解deque内部工作原理及高效使用迭代器具有重要作用。

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      下面是deque迭代器的几个关键行为。由于迭代器内对各种指标运算都做了重载化动作,所以各种指标运算如加,减,前进,后退...都不能直观视之。其中最重点的关键就是:一旦行进时遇到缓冲区边缘,要特别当心,视前进或后退而定,可能需要呼叫set_node()跳一下缓冲区。

void set_node(map_pointer new_node)
{
	node = new_node;
	first = *new_node;
	last = first + difference_type(buffer_size());
}
reference operator*() const { return *cur; }

pointer operator->() const { return &(operator*()); }

// 判断两个迭代器间的距离
difference_type operator-(const self& x) const
{
        return difference_type(buffer_size()) * (node - x.node - 1) +
			(cur - first) + (x.last - x.cur);
}

self& operator++()
{
	++cur;    // 切换至下一个元素
	if (cur == last)    // 如果已达到缓冲区的尾端
	{
	    set_node(node + 1);    // 就切换至下一节点(亦即缓冲区)
	    cur = first;           // 的第一个元素
	}
	return *this;
}

// 后缀自增
// 返回当前迭代器的一个副本, 并调用前缀自增运算符实现迭代器自身的自增
self operator++(int)
{
	self tmp = *this;
	++*this;
	return tmp;
}

// 前缀自减, 处理方式类似于前缀自增
// 如果当前迭代器指向元素是当前缓冲区的第一个元素
// 则将迭代器状态调整为前一个缓冲区的最后一个元素
self& operator--()
{
	if (cur == first)    // 如果已达到缓冲区的头端
	{
		set_node(node - 1);    // 就切换至前一节点(亦即缓冲区)
		cur = last;            // 的最后一个元素
	}
	--cur;
	return *this;
}

self operator--(int)
{
	self tmp = *this;
	--*this;
	return tmp;
}
// 以下实现随机存取。迭代器可以直接跳跃n个距离
self& operator+=(difference_type n)
{
	difference_type offset = n + (cur - first);
	if (offset >= 0 && offset < difference_type(buffer_size()))
		cur += n;        // 目标位置在同一缓冲区内
	else
	{       // 目标位置不在同一缓冲区内
		difference_type node_offset =
			offset > 0 ? offset / difference_type(buffer_size())
			: -difference_type((-offset - 1) / buffer_size()) - 1;
		// 切换至正确的节点(亦即缓冲区)
		set_node(node + node_offset);
		// 切换至正确的元素
		cur = first + (offset - node_offset * difference_type(buffer_size()));
	}
	return *this;
}

self operator+(difference_type n) const
{
	self tmp = *this;

	// 这里调用了operator +=()可以自动调整指针状态
	return tmp += n;
}

// 将n变为-n就可以使用operator +=()了,
self& operator-=(difference_type n) { return *this += -n; }

self operator-(difference_type n) const
{
	self tmp = *this;
	return tmp -= n;
}

reference operator[](difference_type n) const { return *(*this + n); }

bool operator==(const self& x) const { return cur == x.cur; }
bool operator!=(const self& x) const { return !(*this == x); }
bool operator<(const self& x) const
{
	return (node == x.node) ? (cur < x.cur) : (node < x.node);
}



### C++ STL `deque` 使用方法及特性 #### 一、基本概念 `std::deque<T>` 是标准模板库(STL)提供的一种双端队列容器,支持快速的随机访问以及高效的两端插入和删除操作。这种灵活性使得它适用于多种场景下的数据存储需求。 #### 、主要功能与使用方式 ##### (一)创建与初始化 可以像其他STL容器一样通过默认构造函数来实例化一个空的`deque`对象;也可以指定初始大小或填充特定数量相同类型的元素进行初始化[^4]。 ```cpp // 创建一个整型dequeue,默认无参数则为空 std::deque<int> myDeque; // 初始化含有五个零值整数的dequeue std::deque<int> anotherDeque(5, 0); ``` ##### ()元素存取 提供了`front()`获取头部元素引用,`back()`获得尾部元素引用的方法。对于任意位置上的元素,则可以直接利用下标运算符[]来进行读写操作。 ```cpp myDeque.push_back(1); // 向后追加新项 anotherDeque.front(); // 访问第一个元素 anotherDeque.back(); // 获取最后一个元素 anotherDeque[2]; // 索引第三个元素 (假设存在) ``` ##### (三)增删改查 - 插入:除了常规的`push_back()/push_front()`外,在C++20版本之后还增加了更灵活的方式——`emplace_*`系列成员函数允许直接在目标地点构建对象而无需先创建临时变量再转移所有权[^3]; - 删除:不仅能够分别针对前后两端调用`pop_back()/pop_front()`移除单个节点,还可以借助于新增API如`erase_if()`批量清除符合条件的所有条目[^1]; - 修改:可通过迭代器配合算法库中的工具完成复杂变换任务,比如下面的例子展示了如何将每一个数值翻倍处理[^2]: ```cpp std::for_each(myDeque.begin(), myDeque.end(), [](int& elem){ elem *= 2; }); ``` ##### (四)查询统计 为了方便开发者判断当前状态,内置了一些辅助性的属性接口,例如检测是否为空(`empty()`)或是计算总长度(`size()`)等. #### 三、内部结构特点分析 不同于连续内存布局的传统数组向量(vector),`deque`采用了分段式的管理策略,即将整个序列分割成若干固定大小的小块(block),每一块之间保持一定间隔以便后续扩展时能更容易找到合适的位置安插新的片段而不至于频繁触发大规模重定位动作。这样的设计既保留了一定程度上类似于链表那样动态调整的优势,又兼顾到了接近线性寻址所带来的性能提升效果. #### 四、适用范围对比总结 当面对需要频繁执行双向末端更新且偶尔涉及中间部分修改的应用场合时,选用`deque`往往可以获得更好的综合表现。然而值得注意的是由于其特殊的组织形式可能会造成缓存命中率下降进而影响到某些情况下顺序扫描效率,所以在实际项目选型过程中应当权衡利弊做出合理抉择.
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