deque的概述
deque的设计参考了另外两大容器vector和list。可参考下面两篇文章
vector容器管理的是线性空间,vector的容器是单向开口。这说明vector的容器的头部插入,头部删除的时间效率是O(N),尾部插入,尾部删除的效率是O(1)。
与之相对的deque所管理的空间也可以看作是线性空间。deque的线性空间是双向开口。这说明deque容器的头部插入,头部删除,尾部插入,尾部删除的效率是O(1)。
deque管理的空间不够时,不需要像vector那样成倍的扩容。此时,管理一段线性空间的deque却能像list的那样一小段一小段的扩容,并且还能保证自己管理的依旧是一段线性空间。
既然deque管理的是一段线性的空间,那一定支持随机访问,那么在deque的容器中排序的效率怎么样呢?实际上,在deque容器中的排序效率并不理想,在一亿这个数据量级,用deque容器排序的用时是用vector容器排序用时的五倍。现在给出如下两个方案,方案一:直接用deque排序。方案二:把deque容器中的数据拷贝给vector,让vector排序,再把排好的数据拷贝给deque。方案一的效率也远远的不如方案二。
从排序的效率中可以看出,deque容器管理的线性空间是一种假象。
deque空间的结构
deque会开一小段空间存数据,如果空间不够,会再开一小段相等大小的空间,这一小段空间称为缓冲区,这些缓冲区的才是deque容器存数据的空间。而这些一小段一小段的空间的指针会按一定顺序存入一段名为map的连续的空间,map就是管理所有缓冲区的中控器,如下图
如下是源码定义
template <class T, class Alloc = alloc, size_t BufSize = 0> class deque { public: typedef T value_type; typedef value_type* pointer; //...... protected: typedef pointer* map_pointer; //指向数据的指针 protected: map_pointer map; //储存指针空间的map,本质是个二级指针,map指向的连续的空间 size_t map_size; //map可容纳指针的个数 }
deque的迭代器
要让如此复杂的空间关系在上层表现的像线性空间一样,需要设计一个很复杂的迭代器。源码的迭代器封装了四个指针。
T* cur; 用来遍历缓冲区,也可以用来数据的存取
T* first; 指向缓冲区的头
T* last; 指向缓冲区的尾
map_pointer node; 指向中控器的指针,被指向的指针又指向该缓冲区
用如此复杂的迭代器想要随机访问数据是要付出代价的,因为缓冲区在内存中是不连续的,想要从一个缓冲区去下一个缓冲区,必须通过迭代器的node指针在中控器的空间上偏移实现。这便是用deque容器排序效率不高的原因。
deque的数据设计
iterator start; 用一个迭代器指向第一个缓冲区
iterator finish; 用一个迭代器指向最后一个缓冲区
map_pointer map; 指向中控器,方便管理中控器
size_type map_size; 中控器中有多少指针
deque的优缺点
总结一下deque容器的优缺点
deque优点:
与vector比较,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,头插头删,尾插尾删的效率很高
与list比较,其底层是连续空间,空间利用率比list较高,不需要存储额外字段。缓存命中率比list高
deque缺点:
与vector比较,deque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,因此用deque容器排序的效率也是低下的
与list比较:deque不适合在中间插入数据,因为需要挪动数据。而list只需改变指向关系即可。
vector和list都有很明显的优点和很明显的缺点,deque就好像夹在vector和list中间的容器,找不到很亮眼的优点。
适配器的概念
适配器是一种设计模式(设计模式是一套被反复使用的、多数人知晓的、经过分类编目的、代码设计经验的总结),该种模式是将一个类的接口转换成客户希望的另外一个接口。
虽然stack和queue中也可以存放元素,但在STL中并没有将其划分在容器的行列,而是将其称为容器适配
器,这是因为stack和queue只是对其他容器的接口进行了包装,STL中stack和queue默认使用deque,比如:
STL在实现stack, queue时,并没有再去设计一个容器,而是直接复用其他容器,这便是适配器。这是一种设计思想。
stack的概述
stack别名为栈,栈是一种先进后出的数据结构。栈只有一个开口,只能从这个开口入数据和出数据。
栈没有迭代器,这说明栈是不允许遍历的。
栈的底层可以适配vector容器,list容器,deque容器,默认适配deque容器
stack的模拟实现
#include<vector> #include<list> #include<deque> namespace bit { // template<class T, class Container = deque<T>> class stack { public: void push(const T& x) { _con.push_back(x); } void pop() { _con.pop_back(); } T& top() { return _con.back(); } size_t size() { return _con.size(); } bool empty() { return _con.empty(); } private: Container _con; };
queue的概述
dueue别名为队列,队列是一种先进先出的数据结构。队列只能队尾如数据,队头出数据。
队列没有迭代器,这说明队列是不允许遍历的。
队列的底层可以适配list容器,deque容器,默认适配deque容器
queue的模拟实现
#include<vector> #include<list> #include<deque> namespace bit { // template<class T, class Container = deque<T>> class queue { public: void push(const T& x) { _con.push_back(x); } void pop() { _con.pop_front(); //_con.erase(_con.begin()); } T& front() { return _con.front(); } T& back() { return _con.back(); } size_t size() { return _con.size(); } bool empty() { return _con.empty(); } private: Container _con; };