带你攻克STL ——如何正确使用deque(深入理解deque底层)

ゝ一纸荒年。 2022-12-11 02:23 108阅读 0赞

# deque介绍 #

**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。

# deque容器的存储结构 #

deque并不是真正连续的空间，而是由一段段连续的小空间拼接而成的，实际deque类似于一个动态的二维数组，其底层结构如下图所示：

和 vector 容器采用连续的线性空间不同，deque 容器存储数据的空间是由一段一段等长的连续空间构成，各段空间之间并不一定是连续的，可以位于在内存的不同区域。

为了管理这些连续空间，deque 容器用数组（数组名假设为 map）存储着各个连续空间的首地址。也就是说，map 数组中存储的都是指针，指向那些真正用来存储数据的各个连续空间

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2lmd2VjYW5kZQ_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center]  
通过建立 map 数组，deque 容器申请的这些分段的连续空间就能实现“整体连续”的效果。换句话说，当 deque 容器需要在头部或尾部增加存储空间时，它会申请一段新的连续空间，同时在 map 数组的开头或结尾添加指向该空间的指针，由此该空间就串接到了 deque 容器的头部或尾部。

加入map存储满了之后就会申请一个更大的map数组进行使用，将旧map的指针进行拷贝过去。

# deque的迭代器 #

deque本身是不连续的，但是为用户营造了一个连续的假象，其实就是通过的迭代器实现的。deque的迭代器简化如下代码

template<class T,...>
    struct __deque_iterator{
        
        ...
        T* cur;
        T* first;
        T* last;
        map_pointer node;//map_pointer 等价于 T**
    }

*  cur：指向当前正在遍历的元素；
 *  first：指向当前连续空间的首地址；
 *  last：指向当前连续空间的末尾地址；
 *  node：它是一个二级指针，用于指向 map 数组中存储的指向当前连续空间的指针。

# deque的缺陷 #

与vector比较，deque的优势是：头部插入和删除时，不需要搬移元素，效率特别高，而且在扩容时，也不需要搬移大量的元素，因此其效率是必vector高的。与list比较，其底层是连续空间，空间利用率比较高，不需要存储额外字段。

但是，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。

## 为什么选择deque作为stack和queue的底层默认容器 ##

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。

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