STL源码剖析——deque的实现原理和使用方法详解

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我是靠谱客的博主昏睡蜡烛，最近开发中收集的这篇文章主要介绍STL源码剖析——deque的实现原理和使用方法详解，觉得挺不错的，现在分享给大家，希望可以做个参考。

概述

Deque 简介

deque是“double—ended queue”的缩写，和vector一样都是STL的容器，deque 是双端数组，而 vector 是单端的。

deque 在接口上和 vector 非常相似，在许多操作的地方可以直接替换。

deque 可以随机存取元素（支持索引值直接存取，用[]操作符或at()方法，这个等下会详讲）。

deque 头部和尾部添加或移除元素都非常快速。但是在中部安插元素或移除元素比较费时。

使用时需要包含头文件 #include<deque> 。

Deque 实现原理

deque 的中控器

deque是连续空间（至少逻辑上看来如此），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，而且其所谓的成长原是个假象，事实上是（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下一些余裕，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上，维护其整体连续的假象，并提供随机存取的接口。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的实现复杂度和vector相比虽不中亦不远矣，其实不然。主要因为，既是分段连续线性空间，就必须有中央控制，而为了维持整体连续的假象，数据结构的设计及迭代器前进后退等操作都颇为繁琐。deque的实现代码分量远比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）作为主控。这里所谓map是一小块连续空间，其中每个元素（此处称为一个节点，node）都是指针，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。

deque的整体架构如下图所示：

deque 的迭代器

让我们思考一下，deque的迭代器应该具备什么结构，首先，它必须能够指出分段连续空间（亦即缓冲区）在哪里，其次它必须能够判断自己是否已经处于其所在缓冲区的边缘，如果是，一旦前进或后退就必须跳跃至下一个或上一个缓冲区。为了能够正确跳跃，deque必须随时掌握管控中心（map）。所以在迭代器中需要定义：当前元素的指针，当前元素所在缓冲区的起始指针，当前元素所在缓冲区的尾指针，指向map中指向所在缓区地址的指针，分别为cur, first, last, node。

指针结构如下图所示：

在上面介绍中我们大致了解了deque 的基本概念和实现原理，现在我就开始介绍如何使用 deque。

deque 对象的默认构造

deque 采用模板类实现，deque 对象的默认构造形式：deque<T> dequeT；

deque<int> deqInt; //一个存放int的deque容器。
deque<float> deqFloat; //一个存放float的deque容器。
deque<string> deqString; //一个存放string的deque容器。
...
尖括号内还可以设置指针类型或自定义类型。
deque 元素添加移除操作

deque.push_back(elem);   //在容器尾部添加一个数据
deque.push_front(elem);   //在容器头部插入一个数据
deque.pop_back();         //删除容器最后一个数据
deque.pop_front();      //删除容器第一个数据
    示例代码：

   deque<int> deqInt;
   deqInt.push_back(1);
   deqInt.push_back(3);
   deqInt.push_back(5);
   deqInt.push_back(7);
   deqInt.push_back(9);
   deqInt.pop_front();
   deqInt.pop_front();
   deqInt.push_front(11);
   deqInt.push_front(13);
   deqInt.pop_back();
   deqInt.pop_back();

//deqInt { 13,11,5}
deque 的数据存取

deque.at(idx); //返回索引idx所指的数据，如果idx越界，抛出out_of_range。
deque[idx]; //返回索引idx所指的数据，如果idx越界，不抛出异常，直接出错。
deque.front(); //返回第一个数据。
deque.back(); //返回最后一个数据
示例代码：

   deque<int> deqInt;
   deqInt.push_back(1);
   deqInt.push_back(3);
   deqInt.push_back(5);
   deqInt.push_back(7);
   deqInt.push_back(9);

   int iA = deqInt.at(0);       //1
   int iB = deqInt[1];       //3
   deqInt.at(0) = 99;       //99
   deqInt[1] = 88;           //88

   int iFront = deqInt.front();   //99
   int iBack = deqInt.back();       //9
   deqInt.front() = 77;           //77
   deqInt.back() = 66;           //66
deque 与迭代器

deque.begin(); //返回容器中第一个元素的迭代器。
deque.end(); //返回容器中最后一个元素之后的迭代器。
deque.rbegin(); //返回容器中倒数第一个元素的迭代器。
deque.rend(); //返回容器中倒数最后一个元素之后的迭代器。
示例代码：

   deque<int> deqInt;
   deqInt.push_back(1);
   deqInt.push_back(3);
   deqInt.push_back(5);
   deqInt.push_back(7);
   deqInt.push_back(9);

   for (deque<int>::iterator it=deqInt.begin(); it!=deqInt.end(); ++it)
   {
       cout << *it;
       cout << "";
   }
   // 1 3 5 7 9

   for (deque<int>::reverse_iterator rit=deqInt.rbegin(); rit!=deqInt.rend(); ++rit)
   {
       cout << *rit;
       cout << "";
   }
   //9 7 5 3 1
deque 对象的带参数构造

deque(beg,end); //构造函数将[beg, end)区间中的元素拷贝给本身。注意该区间是左闭右开的区间。
deque(n,elem); //构造函数将n个elem拷贝给本身。
deque(const deque &deq); //拷贝构造函数。
示例代码：

   deque<int> deqIntA;
   deqIntA.push_back(1);
   deqIntA.push_back(3);
   deqIntA.push_back(5);
   deqIntA.push_back(7);
   deqIntA.push_back(9);

   deque<int> deqIntB(deqIntA.begin(),deqIntA.end());   //1 3 5 7 9
   deque<int> deqIntC(5,8);           //8 8 8 8 8
   deque<int> deqIntD(deqIntA);           //1 3 5 7 9
deque 的赋值

deque.assign(beg,end); //将[beg, end)区间中的数据拷贝赋值给本身。注意该区间是左闭右开的区间。
deque.assign(n,elem); //将n个elem拷贝赋值给本身。
deque& operator=(const deque &deq);   //重载等号操作符
deque.swap(deq); // 将deq与本身的元素互换
    示例代码：
   deque<int> deqIntA,deqIntB,deqIntC,deqIntD;
   deqIntA.push_back(1);
   deqIntA.push_back(3);
   deqIntA.push_back(5);
   deqIntA.push_back(7);
   deqIntA.push_back(9);

   deqIntB.assign(deqIntA.begin(),deqIntA.end());   // 1 3 5 7 9

   deqIntC.assign(5,8);       //8 8 8 8 8

   deqIntD = deqIntA;       //1 3 5 7 9

   deqIntC.swap(deqIntD);       //互换
deque 的大小

deque.size();   //返回容器中元素的个数
deque.empty();   //判断容器是否为空

deque.resize(num); //重新指定容器的长度为num，若容器变长，则以默认值填充新位置。
                   //如果容器变短，则末尾超出容器长度的元素被删除。

deque.resize(num, elem); //重新指定容器的长度为num，若容器变长，则以elem值填充新位置。
                       //如果容器变短，则末尾超出容器长度的元素被删除。
    示例代码：
   deque<int> deqIntA;
   deqIntA.push_back(1);
   deqIntA.push_back(3);
   deqIntA.push_back(5);

   int iSize = deqIntA.size(); //3

   if (!deqIntA.empty())
   {
       deqIntA.resize(5);   //1 3 5 0 0
       deqIntA.resize(7,1);   //1 3 5 0 0 1 1
       deqIntA.resize(2);   //1 3
   }
deque 的插入

deque.insert(pos,elem); //在pos位置插入一个elem元素的拷贝，返回新数据的位置。
deque.insert(pos,n,elem); //在pos位置插入n个elem数据，无返回值。
deque.insert(pos,beg,end); //在pos位置插入[beg,end)区间的数据，无返回值。
示例代码：

   deque<int> deqA;
   deque<int> deqB;

   deqA.push_back(1);
   deqA.push_back(3);
   deqA.push_back(5);
   deqA.push_back(7);
   deqA.push_back(9);

   deqB.push_back(2);
   deqB.push_back(4);
   deqB.push_back(6);
   deqB.push_back(8);

   deqA.insert(deqA.begin(), 11);
   //{11, 1, 3, 5, 7, 9}
   deqA.insert(deqA.begin()+1,2,33);
   //{11,33,33,1,3,5,7,9}
   deqA.insert(deqA.begin() , deqB.begin() , deqB.end() );
   //{2,4,6,8,11,33,33,1,3,5,7,9}
deque 的删除

deque.clear(); //移除容器的所有数据
deque.erase(beg,end); //删除[beg,end)区间的数据，返回下一个数据的位置。
deque.erase(pos); //删除pos位置的数据，返回下一个数据的位置。
示例代码：

假设 deqInt 包含1,3,2,3,3,3,4,3,5,3，删除容器中等于3的元素
for(deque<int>::iterator it=deqInt.being(); it!=deqInt.end(); ) //小括号里不需写 ++it
{
if(*it == 3)
{
it = deqInt.erase(it); //以迭代器为参数，删除元素3，并把数据删除后的下一个元素位置返回给迭代器。
//此时，不执行 ++it；
}
else
{
++it;
}
}

//删除deqInt的所有元素
deqInt.clear(); //容器为空
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作者：ChrisYoung1314
来源：CSDN
原文：https://blog.csdn.net/baidu_28312631/article/details/48000123
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