C++ 之 deque


特性

  1. deque双端队列不规则的首字母缩写,双端队列是动态大小的序列式容器,其可以向两端进行伸缩
  2. 特定的库可以以不同的方式实现deque,但通常都是一种动态数组。不论在何种情况下,它都允许通过随机访问迭代器直接访问单个元素,可以根据需要动态的伸缩。
  3. 因此,deque提供了一些与vector相似的功能,但deque在头部和尾部进行数据插入和删除操作更加高效。
    vector不同的是,deque不能保证所有的元素存储在连续的空间中,在deque中通过指针 + 偏移量方式访问元素可能会导致非法的操作。
  4. vectorlist提供了相似的接口,因此其具有类似的用途,但是内部的实现原理不同:
    vector使用使用了动态数组,该数组通常需要动态增长;
    deque中的元素可能分散在不同的存储块中,在deque中保存了一些必要的信息,通常用来在常数范围内直接访问deque中的任何一个元素,所以deque的内部实现比vector复杂,但是这些额外信息使得deque在某些情况下增长更加的高效,特别是在序列比较大,重新分配成本比较高的情况下
  5. 除了在频繁在头部或尾部进行插入和删除操作外,dequelistforward_list的性能更差。

迭代器

双端队列底层是一段假想的连续空间,实际是分段连续的,为了维护其“整体连续”的假象,落在了deque的迭代器身上。

下图为deque的原理图:

在这里插入图片描述
从下到上的方格依次是:迭代器,中控器,缓冲区

deque::begin()返回迭代器的startdeque::end()返回迭代器的finish,这两个迭代器都是dequedata member

它就是一个靠中控映射实现的结构。


小结

deque在序列式容器中出现场景比较少,因为:

  • 如果只是简单的存储元素,使用vector即可
  • 如果对元素任意位置进行插入或者删除操作比较多,使用list即可

deque最大的应用:用其作为标准库中stackqueue的底层结构。

### C++ 实现 `deque` 数据结构 在 C++ 中,标准模板库(STL)已经提供了高效的双端队列实现——`std::deque`。此容器支持快速的随机访问迭代、常数时间内的前端和后端插入/删除操作。 #### 创建并初始化 `deque` 可以使用多种方法来创建和初始化一个 `deque` 对象: ```cpp #include <iostream> #include <deque> using namespace std; int main() { // 初始化 deque 并赋初值 deque<int> d = {1, 2, 3}; // 输出初始状态下的 deque 元素 cout << "Initial elements are: "; for (auto& elem : d) { cout << elem << ' '; } cout << endl; } ``` 上述代码展示了如何通过列表初始化语法定义一个新的整型 `deque`[^1]。 #### 插入元素到 `deque` 为了向 `deque` 添加新项,可利用成员函数如 `push_back()` 或者更高效的方式是采用 `emplace_*` 方法直接构建对象而无需先创建临时变量再复制或移动它们: ```cpp void addElements(deque<int>& dq) { // 使用 push_back/push_front 来添加单个元素 dq.push_back(4); dq.push_front(-1); // 利用 emplace 在指定位置构造新元素而非拷贝已有实例 dq.emplace(dq.end(), 5); // 等价于 push_back(5),但在内部调用了构造函数 dq.emplace(dq.begin(), -2); // 类似地,在最前面增加一项 } // 打印当前 deque 的全部内容 template<typename T> void printDeque(const deque<T>& deq) { for (const auto& item : deq){ cout << item << " "; } cout << "\n"; } ``` 这段程序片段说明了怎样运用不同的插入技术扩展现有的 `deque` 结构体[^3]。 #### 遍历 `deque` 由于 `deque` 支持基于索引的操作,因此可以直接像处理数组那样对其进行遍历;另外也能够借助迭代器完成同样的工作: ```cpp void traverseByIndex(const deque<int>& dataQueue) { size_t sz = dataQueue.size(); for(size_t idx = 0 ;idx != sz;++idx){ cout<<dataQueue[idx]<<" "; } cout<<"\n"; } void iterateWithIterator(const deque<int>& iteratedDQ) { for(auto itr = iteratedDQ.cbegin();itr!=iteratedDQ.cend();++itr){ cout<<*itr<<" "; } cout<<"\n"; } ``` 这里给出了两种不同风格的遍历模式:一种是指针式的下标访问形式,另一种则是更加泛化的迭代器机制[^2]。
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