STL 之 deque

vector 是单向开口的连续线性空间,deque 则是㆒种双向开口的连续线性空间。 所谓双向开口,意思是可以在头尾两端分别做元素的安插和删除动作,如图 4-9。 vector 当然也可以在头尾两端做动作(从技术观点),但是其头部动作效率奇差, 无法被接受。

                           

deque 和 vector 的最大差异,㆒在于 deque 允许于常数时间内对起头端进行 元素的安插或移除动作,㆓在于 deque 没有所谓容量(capacity)观念,因为 它是动态㆞以分段连续空间组合而成,随时可以增加㆒段新的空间并链接起来。 换句话说,像 vector 那样「因旧空间不足而重新配置㆒块更大空间,然后复制 元素,再释放旧空间」这样的事情在 deque 是不会发生的。也因此,deque 没 有必要提供所谓的空间保留(reserve)功能。

虽然 deque 也提供 Ramdon Access Iterator,但它的迭代器并不是原生指标,其 复杂度和 vector 不可以道里计(稍后看到源码,你便知道),这当然在在影响 了各个运算层面。因此,除非必要,我们应尽可能选择使用 vector 而非 deque。 对 deque 进行的排序动作,为了最高效率,可将 deque 先完整复制到㆒个 vector 身㆖,将 vector 排序后(利用 STL sort 算法),再复制回 deque。

deque 是连续空间(至少逻辑看来如此),连续线性空间总令我们联想到 array 或 vector。array 无法成长,vector 虽可成长,却只能向尾端成长,而且其所 谓成长原是个假象,事实㆖是 (1) 另觅更大空间、(2) 将原数据复制过去、(3) 释 放原空间 ㆔部曲。如果不是 vector 每次配置新空间时都有留㆘㆒些余裕,其「成 长」假象所带来的代价将是相当高昂。

deque 系由㆒段㆒段的定量连续空间构成。㆒旦有必要在 deque 的前端或尾端增 加新空间,便配置㆒段定量连续空间,串接在整个 deque 的头端或尾端。deque 的 最大任务,便是在这些分段的定量连续空间㆖,维护其整体连续的假象,并提供 随机存取的界面。避开了「重新配置、复制、释放」的轮回,代价则是复杂的迭 代器架构。

受 到 分 段 连 续 线 性 空 间 的 字 面 影 响 , 我 们 可 能 以 为 deque 的 实 作 复 杂 度 和 vector 相比虽不㆗亦不远矣,其实不然。主要因为,既曰分段连续线性空间,就 必须有㆗央控制,而为了维护整体连续的假象,数据结构的设计及迭代器前进后 退等动作都颇为繁琐。deque 的实作码份量远比 vector 或 list 都多得多。

deque 采用㆒块所谓的 map(注意,不是 STL 的 map 容器)做为主控。这里所 谓 map 是㆒小块连续空间,其㆗每个元素(此处称为㆒个节点,node)都是指标, 指向另㆒段(较大的)连续线性空间,称为缓冲区。缓冲区才是 deque 的储存空 间主体。SGI STL 允许我们指定缓冲区大小,默认值 0 表示将使用 512 bytes 缓 冲区。

### 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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