STL中的deque(双端队列),存储结构与使用

deque(双端队列)

存储结构

deque(双端队列):是一种双开口的"连续"空间的数据结构,双开口的含义是:可以在头尾两端进行插入和删除操作,且时间复杂度为O(1),与vector比较,头插效率高,不需要搬移元素;与list比较,空间利用率比较高。

但是它的空间不是连续的。

deque中控器

把deque看作是一个中控器。deque是一个指针数组。

deque中每个元素都是一个指针。

每个指针都可以指向指向一段空间(缓存区)。

每一段被指向的空间大小都相同。

可以存 size_t(size_t 的大小可由我们指定) 个T(数据类型)类型的元素。

deque中只有两个成员变量

c 复制代码
T** map; // 指向 map,map 是块连续空间,其内每个元素
// 都是一个指针,指向缓存区
size_type map_size; // map 內可容納多少指標。

deque的迭代器

qeque的迭代器使用模板封装过的

迭代器中有四个成员变量

c 复制代码
T* cur; // 此迭代器正指向的元素
T* first; // 此迭代器所指的当前缓存区的头
T* last; // 此迭代器所指的当前缓存区的尾
map_pointer node; // 指向管控中心

deque的效率

假设现在现在有一个deque中存了这些元素

头插元素是怎么头插的?又是怎么尾插的?如下图

答:

头插:如果前面的缓存区满了就申请一块空间,让deque中的指针指向这块空间,在这块空间的最后位置插入元素,如果空间没有满,就在该空间从后向前数有效空间的前一个位置插入元素(结合上面的图来理解)

尾插:如果后面的缓存区满了就申请一块空间,让deque中的有效指针的下一个指向这段空间。在这块空间的开头位置插入元素,如果空间没有满,就在该空间最后一个有效位置的下一个位置插入元素。

deque支持[]的访问方式

假设现在deque中存的就是,下图中的数据

我现在想访问第15 个数据,deque中的处理是:

( 15 + (cur-first))/ 6 = 3 ...... 1

cur - first 是第一个缓存区中空着的元素个数。

6 代表每段缓存区中最多存多少个元素。

商代表访问的是第几段空间,(余数-1)代表的是这段空间的第几个元素。

deque的不足之处

头插和尾插的效率都不错,如果是中间插入呢?

如果是中间位置插入那效率就是O(n)了。只能把数据向前移动。

deque有一个致命缺陷:不适合遍历,因为在遍历时,deque的迭代器要频繁的去检测其是否移动到某段小空间的边界,导致效率低下 ,而序列式场景中,可能需要经常遍历,因此在实际中,需要线性结构时,大多数情况下优先考虑vector和list ,deque的应用并不多,而目前能看到的一个应用就是,STL用其作为stack和queue的底层数据结构

deque的使用

用做容器适配器

stack是一种后进先出的特殊线性数据结构,因此只要具有push_back()和pop_back()操作的线性结构,都可以作为stack的底层容器,比如vector和list都可以;queue是先进先出的特殊线性数据结构,只要具有push_back和pop_front操作的线性结构,都可以作为queue的底层容器,比如list。但是STL中对stack和queue默认选择deque作为其底层容器,主要是因为:

  1. stack和queue不需要遍历(因此stack和queue没有迭代器),只需要在固定的一端或者两端进行操作。
  2. 在stack中元素增长时,deque比vector的效率高(扩容时不需要搬移大量数据);queue中的元素增长时,deque不仅效率高,而且内存使用率高。
    结合了deque的优点,而完美的避开了其缺陷。

栈的模拟实现

c 复制代码
#include<deque>
namespace cx
{
	template<class T,class Container = deque<T>>
	class stack
	{
	public:
		void push(const T& x)
		{
			_con.push_back(x);
		}
		
		void pop()
		{
			_con.pop_back();
		}

		const T& top()
		{
			return _con.back();
		}

		bool empty()
		{
			return _con.empty();
		}

		size_t size()
		{
			return _con.size();
		}

	private:
		Container _con;
	};
}

队列的模拟实现

c 复制代码
#include<deque>

namespace cx
{
	template<class T,class Containers = deque<T>>
	class queue
	{
	public:
		void push(const T& val)
		{
			_con.push_back(val);
		}

		void pop()
		{
			_con.pop_front();
		}

		size_t size()
		{
			return _con.size();
		}

		T& front()
		{
			return _con.front();
		}

		T& back()
		{
			return _con.back();
		}

		const T& front() const
		{
			return _con.front();
		}

		const T& back() const
		{
			return _con.back();
		}

		bool empty()
		{
			return _con.empty();
		}


	private:
		Containers _con;
	};
}
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