STL之deque(三)

      deque除了维护一个先前说过的指向map的指标外,也维护start,finish两个迭代器,分别指向第一个缓冲区的第一个元素和最后缓冲区的最后一个元素(的下一位置)。此外它当然也必须记住目前的map大小。因为一旦map所提供的节点不足,就必须重新配置更大的一块map。

// deque的数据结构
template <class T, class Alloc = alloc, size_t BufSiz = 0>
class deque
{
public:                         // Basic types
	typedef T value_type;
	typedef value_type* pointer;
	typedef value_type& reference;
	typedef size_t size_type;
	typedef ptrdiff_t difference_type;

public:                         // Iterators
	typedef __deque_iterator<T, T&, T*, BufSiz>       iterator;

protected:                      // Internal typedefs

	typedef pointer* map_pointer;

	// 这个提供STL标准的allocator接口, 见<stl_alloc.h>
	typedef simple_alloc<value_type, Alloc> data_allocator;
	typedef simple_alloc<pointer, Alloc> map_allocator;

	// 获取缓冲区最大存储元素数量
	static size_type buffer_size()
	{
		return __deque_buf_size(BufSiz, sizeof(value_type));
	}

	static size_type initial_map_size() { return 8; }

protected:                      // Data members
	iterator start;               // 起始缓冲区
	iterator finish;              // 最后一个缓冲区

	// 指向map, map是一个连续的空间, 其每个元素都是一个指针,指向一个节点(缓冲区)
	map_pointer map;
	size_type map_size;   // map容量
	...
}

        有了上述结构,以下数个机能便可轻易完成:

iterator begin() { return start; }
	iterator end() { return finish; }

	// 提供随机访问能力, 其调用的是迭代器重载的operator []
	// 其实际地址需要进行一些列的计算, 效率有损失
	reference operator[](size_type n) { return start[difference_type(n)]; }

	reference front() { return *start; }
	reference back()
	{
		iterator tmp = finish;
		--tmp;
		return *tmp;
	}
        //没有直接调用finish-1是因为调用层次太深

	// 当前容器拥有的元素个数, 调用迭代器重载的operator -
	size_type size() const { return finish - start;; }
	size_type max_size() const { return size_type(-1); }

	// deque为空的时, 只有一个缓冲区
	bool empty() const { return finish == start; }
	typedef pointer* map_pointer;

	// 这个提供STL标准的allocator接口, 见<stl_alloc.h>
	typedef simple_alloc<value_type, Alloc> data_allocator;
	typedef simple_alloc<pointer, Alloc> map_allocator;

	// 获取缓冲区最大存储元素数量
	static size_type buffer_size()
	{
		return __deque_buf_size(BufSiz, sizeof(value_type));
	}

	static size_type initial_map_size() { return 8; }
deque(int n, const value_type& value)
		: start(), finish(), map(0), map_size(0)
{
	fill_initialize(n, value);
}

        deque::fill_initialize函数:

// 分配n个结点, 并以value为元素值初始化
template <class T, class Alloc, size_t BufSize>
void deque<T, Alloc, BufSize>::fill_initialize(size_type n,
    const value_type& value)
{
  create_map_and_nodes(n);  // 配置map和缓冲区
  map_pointer cur;
  __STL_TRY {
    // 为每一个缓冲区设定初值
    for (cur = start.node; cur < finish.node; ++cur)
      uninitialized_fill(*cur, *cur + buffer_size(), value);
    // 尾端可能留有备用空间,不必设初值
    uninitialized_fill(finish.first, finish.cur, value);
  }
  catch (...) {
    for (map_pointer n = start.node; n < cur; ++n)
      destroy(*n, *n + buffer_size());
    destroy_map_and_nodes();
    throw;
  }
}

       deque::create_map_and_nodes函数:

// 创建内部使用的map,并配置每一个缓冲区
template <class T, class Alloc, size_t BufSize>
void deque<T, Alloc, BufSize>::create_map_and_nodes(size_type num_elements)
{
    // 需要的结点数, 元素个数 / 每个缓冲区能容纳的元素数 + 1
  // 这里如果能整除,会多分配一个
  size_type num_nodes = num_elements / buffer_size() + 1;

  // map要维护的结点, 这里最小的值为8,最多为所需节点数+1,前后各留一个以便扩充
  map_size = max(initial_map_size(), num_nodes + 2);
  // 调用deque专属空间配置器,配置map空间
  map = map_allocator::allocate(map_size);

  // 将[nstart, nfinish)区间设置在map的中间,
  // 这样就能保证前后增长而尽可能减少map的重新分配次数
  map_pointer nstart = map + (map_size - num_nodes) / 2;
  map_pointer nfinish = nstart + num_nodes - 1;

  // 分配结点空间
  map_pointer cur;
  __STL_TRY {
    for (cur = nstart; cur <= nfinish; ++cur)
        // 为每一个map指针指向的缓冲区的每一个元素分配内存空间 
      *cur = allocate_node();
  }

  // 维护指针状态,为deque的两个迭代器start和finish赋初值
  start.set_node(nstart);
  finish.set_node(nfinish);
  start.cur = start.first;
  finish.cur = finish.first + num_elements % buffer_size();
}


### 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。 #### 二、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); ``` ##### (二)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]; // 索引第个元素 (假设存在) ``` ##### ()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. #### 、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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