STL的deque类

最新推荐文章于 2025-03-19 01:45:18 发布
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分类专栏： STL C++/C 文章标签： STL deque
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1.概念.这是一种随机访问的容器。用于快速的实现尾部和头部的插入和删除,而vector只在尾部插入和删除才是高效的.deque的物理存储结构如图


|---|                    中心
| 0 |---> +---------------+--------------+
|---|      <--放到头部       放到尾部--->
| 1 |---> +------------------------------+
|---|       放到尾部-->      <--放到头部


从上面的图形可以看出,deque在执行push_back push_front时会预先分配一定数量的内存,而在pop时并不会移动内存而只是调用析构函数。当一块预定数量的内存用完时，deque又再次分配同样长度的另外一块内存。并把这些内存快放到一个数组中进行管理。在最初为空而分配第一块内存时是以中间为边界，若是push_back则中间部分调用++，而push_front时则从中间调用--。而当--到达内存快的头部时deque就再次分配一块内存,并从新内存的尾部继续--;同样对于push_back时从中间调用++,而当到达内存块尾部时就再次分配一块内存,并从新内存的头部继续++




*************使用deque不要从中间删除和插入,因为效率很低!!






2.成员函数


除了没有capacity,reserve函数,多加了pop_front, push_front外其他跟vector特性是一样的.
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### 关于C++ STL `deque` 的用法与实现 #### 定义与基本特性 `std::deque` 是 C++ 标准模板库（STL）提供的一种双端队列容器。它的名称来源于 **double-ended queue**，表示可以从两端高效地插入和删除元素[^3]。 `deque` 提供了随机访问的能力，类似于数组或向量 (`vector`)，但它在头部和尾部的插入/删除操作上更加高效。然而，由于其内部存储结构的原因，在中间位置插入或删除元素可能会比较慢。 --- #### 内部实现机制 `deque` 的典型实现方式是通过一系列固定大小的连续内存块来管理数据。这些内存块通常被称为“缓冲区”，而整个 `deque` 则由一个动态分配的指针数组控制，该数组指向各个缓冲区。这种设计使得： - 头部和尾部可以独立扩展。 - 随机访问的时间复杂度为 O(1)，因为可以通过简单的计算定位到目标元素所在的缓冲区及其偏移量。 以下是简化版的伪代码描述 `deque` 的核心逻辑： ```cpp template<typename T> class Deque { private: size_t buffer_size; // 缓冲区大小 T** map; // 动态指针数组，用于记录各缓冲区地址 size_t map_size; // 当前map容量 size_t start_index; // 起始缓冲区索引 size_index end_index; // 结束缓冲区索引 public: void push_back(const T& value); void push_front(const T& value); void pop_back(); void pop_front(); }; ``` 具体来说，当需要增加新的缓冲区时，会重新调整 `map` 数组并分配额外的空间；如果某个缓冲区内存不足，则会在同一缓冲区内移动现有元素以腾出空间[^4]。 --- #### 常见成员函数及用法示例 | 函数名 | 描述 | |----------------|----------------------------------------------------------------------| | `push_back(x)` | 将元素 x 添加至 deque 的末尾 | | `pop_back()` | 删除 deque 的最后一个元素 | | `push_front(x)`| 将元素 x 添加至 deque 的开头 | | `pop_front()` | 删除 deque 的第一个元素 | | `front()` | 返回 deque 的首个元素 | | `back()` | 返回 deque 的最后一位元素 | | `at(n)` | 访问第 n 个元素 | 下面是一个完整的例子展示如何使用 `deque` 进行常见操作： ```cpp #include <iostream> #include <deque> int main() { std::deque<int> d; // 向后添加元素 d.push_back(10); d.push_back(20); // 向前添加元素 d.push_front(5); // 输出所有元素 for(auto it = d.begin(); it != d.end(); ++it){ std::cout << *it << ' '; } // 移除首尾元素 d.pop_front(); d.pop_back(); return 0; } ``` 上述程序将依次打印：`5 10 20` 和最终剩余的 `10`. --- #### 性能特点对比其他容器 相比 `vector` 或者链表(`list`)，`deque` 在某些场景下具有独特的优势: - **头尾增删效率高**: 对于频繁执行 head/tail 操作的应用场合非常合适； - **支持随机访问**: 不像单双向链表那样仅限迭代器遍历； - **内存碎片较少**: 使用预定义长度的小块缓存减少了零散分布的可能性[^5]. 不过需要注意的是，尽管提供了高效的两端修改能力，但由于涉及多级间接寻址以及可能引发多次重映射等问题，因此整体性能开销仍高于单纯线性布局的数据结构如 vector[]. ---
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