C++ STL deque容器(深入了解,一文学会)
所谓的deque是”double ended queue”的缩写，双端队列不论在尾部或头部插入元素，都十分迅速。而在中间插入元素则会比较费时，因为必须移动中间其他的元素。双端队列是一种随机访问的数据类型，提供了在序列两端快速插入和删除操作的功能，它可以在需要的时候改变自身大小，完成了标准的C++数据结构中队列的所有功能。
Vector是单向开口的连续线性空间，deque则是一种双向开口的连续线性空间。deque对象在队列的两端放置元素和删除元素是高效的，而向量vector只是在插入序列的末尾时操作才是高效的。deque和vector的最大差异，一在于deque允许于常数时间内对头端进行元素的插入或移除操作，二在于deque没有所谓的capacity观念，因为它是动态地以分段连续空间组合而成，随时可以增加一段新的空间并链接起来。换句话说，像vector那样“因旧空间不足而重新配置一块更大空间，然后复制元素，再释放旧空间”这样的事情在deque中是不会发生的。也因此，deque没有必要提供所谓的空间预留（reserved）功能。
虽然deque也提供Random Access Iterator，但它的迭代器并不是普通指针，其复杂度和vector不可同日而语，这当然涉及到各个运算层面。因此，除非必要，我们应尽可能选择使用vector而非deque。对deque进行的排序操作，为了最高效率，可将deque先完整复制到一个vector身上，将vector排序后（利用STL的sort算法），再复制回deque。
deque是一种优化了的对序列两端元素进行添加和删除操作的基本序列容器。通常由一些独立的区块组成，第一区块朝某方向扩展，最后一个区块朝另一方向扩展。它允许较为快速地随机访问但它不像vector一样把所有对象保存在一个连续的内存块，而是多个连续的内存块。并且在一个映射结构中保存对这些块以及顺序的跟踪。
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C++ STL deque容器(深入了解,一文学会)目录
1 deque容器的成员函数
2 deque容器常用函数
3 deque容器特点
4 deque初始化
5 deque使用方法
6 deque容器的底层实现机制
6.1 deque构成
6.2 deque 迭代器底层实现
6.3 deque 容器底层实现
1 deque容器的成员函数
| begin() | 返回指向容器中第一个元素的迭代器。 |
| end() | 返回指向容器最后一个元素所在位置后一个位置的迭代器，通常和 begin() 结合使用。 |
| rbegin() | 返回指向最后一个元素的迭代器。 |
| rend() | 返回指向第一个元素所在位置前一个位置的迭代器。 |
| cbegin() | 和 begin() 功能相同，只不过在其基础上，增加了 const 属性，不能用于修改元素。 |
| cend() | 和 end() 功能相同，只不过在其基础上，增加了 const 属性，不能用于修改元素。 |
| crbegin() | 和 rbegin() 功能相同，只不过在其基础上，增加了 const 属性，不能用于修改元素。 |
| crend() | 和 rend() 功能相同，只不过在其基础上，增加了 const 属性，不能用于修改元素。 |
| size() | 返回实际元素个数。 |
| max_size() | 返回容器所能容纳元素个数的最大值。这通常是一个很大的值，一般是 232-1，我们很少会用到这个函数。 |
| resize() | 改变实际元素的个数。 |
| empty() | 判断容器中是否有元素，若无元素，则返回 true；反之，返回 false。 |
| shrink _to_fit() | 将内存减少到等于当前元素实际所使用的大小。 |
| at() | 使用经过边界检查的索引访问元素。 |
| front() | 返回第一个元素的引用。 |
| back() | 返回最后一个元素的引用。 |
| assign() | 用新元素替换原有内容。 |
| push_back() | 在序列的尾部添加一个元素。 |
| push_front() | 在序列的头部添加一个元素。 |
| pop_back() | 移除容器尾部的元素。 |
| pop_front() | 移除容器头部的元素。 |
| insert() | 在指定的位置插入一个或多个元素。 |
| erase() | 移除一个元素或一段元素。 |
| clear() | 移出所有的元素，容器大小变为 0。 |
| swap() | 交换两个容器的所有元素。 |
| emplace() | 在指定的位置直接生成一个元素。 |
| emplace_front() | 在容器头部生成一个元素。和 push_front() 的区别是，该函数直接在容器头部构造元素，省去了复制移动元素的过程。 |
| emplace_back() | 在容器尾部生成一个元素。和 push_back() 的区别是，该函数直接在容器尾部构造元素，省去了复制移动元素的过程。 |
2 deque容器常用函数
- deq[ ]：用来访问双向队列中单个的元素。
- deq.front()：返回第一个元素的引用。
- deq.back()：返回最后一个元素的引用。
- deq.push_front(x)：把元素x插入到双向队列的头部。
- deq.pop_front()：弹出双向队列的第一个元素。
- deq.push_back(x)：把元素x插入到双向队列的尾部。
- deq.pop_back()：弹出双向队列的最后一个元素。
3 deque容器特点
- 支持随机访问，即支持[ ]以及at()，但是性能没有vector好。
- 可以在内部进行插入和删除操作，但性能不及list。
- deque两端都能够快速插入和删除元素，而vector只能在尾端进行。
- deque的元素存取和迭代器操作会稍微慢一些，因为deque的内部结构会多一个间接过程。
- deque迭代器是特殊的智能指针，而不是一般指针，它需要在不同的区块之间跳转。
- deque可以包含更多的元素，其max_size可能更大，因为不止使用一块内存。
- deque不支持对容量和内存分配时机的控制。
- 在除了首尾两端的其他地方插入和删除元素，都将会导致指向deque元素的任何pointers、references、iterators失效。不过，deque的内存重分配优于vector，因为其内部结构显示不需要复制所有元素。
- deque的内存区块不再被使用时，会被释放，deque的内存大小是可缩减的。不过，是不是这么做以及怎么做由实际操作版本定义。
- deque不提供容量操作：capacity()和reverse()，但是vector可以。
4 deque初始化
//创建一个具有 n 个元素的 deque 容器，其中每个元素都采用对应类型的默认值：
deque d(10);
//创建一个具有 n 个元素的 deque 容器，并为每个元素都指定初始值，例如：
deque d_A(10, 5);
// 在已有 deque 容器的情况下，可以通过拷贝该容器创建一个新的 deque 容器，例如：
deque d1(5 , 1);
deque d2(d1);
//通过拷贝其他类型容器中指定区域内的元素（也可以是普通数组），可以创建一个新容器，例如：
//拷贝普通数组，创建deque容器
int a[] = { 1,2,3,4,5 };
dequed_B(a, a + 5);
//适用于所有类型的容器
deque arr{ 11,12,13,14,15 };
dequed_C(arr.begin() + 2, arr.end());//拷贝arr容器中的{13,14,15} 
5 deque使用方法
int a[10] = { 0,1,2,3,4,5,6,7,8,9 };
/*此时队列里的内容是: {8,6,4,2,0,1,3,5,7,9}*/
for (int i = 0; i <= 9; i++)
{
if (i % 2 == 0)
deqA.push_front(a[i]);
else
deqA.push_back(a[i]);
}
deqA.pop_front();
deqA.front(); /*清除第一个元素后输出第一个(6)*/
deqA.pop_back();
deqA.back(); /*清除最后一个元素后输出最后一个(7)*/
deque::iterator it;
for (it = deqA.begin(); it != deqA.end(); it++) {
*it;
}
//也可以使用auto
//for (auto it = d_C.begin(); it != d_C.end(); it++) {
//*it;
//} 
6 deque容器的底层实现机制
6.1 deque构成
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。
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。
如果 map 数组满了怎么办？很简单，再申请一块更大的连续空间供 map 数组使用，将原有数据（很多指针）拷贝到新的 map 数组中，然后释放旧的空间。
deque 容器的分段存储结构，提高了在序列两端添加或删除元素的效率，但也使该容器迭代器的底层实现变得更复杂。
6.2 deque 迭代器底层实现
由于 deque 容器底层将序列中的元素分别存储到了不同段的连续空间中，因此要想实现迭代器的功能，必须先解决如下 2 个问题：
- 迭代器在遍历 deque 容器时，必须能够确认各个连续空间在 map 数组中的位置；
- 迭代器在遍历某个具体的连续空间时，必须能够判断自己是否已经处于空间的边缘位置。如果是，则一旦前进或者后退，就需要跳跃到上一个或者下一个连续空间中。
template
struct __deque_iterator{
...
T* cur;
T* first;
T* last;
map_pointer node;//map_pointer 等价于 T**
} 可以看到，迭代器内部包含 4 个指针，它们各自的作用为：
- 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。
6.3 deque 容器底层实现
了解了 deque 容器底层存储序列的结构，以及 deque 容器迭代器的内部结构之后，接下来看看 deque 容器究竟是如何实现的。
deque 容器除了维护先前讲过的 map 数组，还需要维护 start、finish 这 2 个 deque 迭代器。以下为 deque 容器的定义：
//_Alloc为内存分配器
template>
class deque{
...
protected:
iterator start;
iterator finish;
map_pointer map;
...
} start 迭代器：记录着 map 数组中首个连续空间的信息
cur 指向连续空间中首个元素位置、frist 指向连续空间开始位置、last 指向连续空间结尾位置、 node 指向Map数组 下标位置。
finish 迭代器：记录着 map 数组中末尾连续空间的信息
cur 指向连续空间中末尾元素位置、frist 指向连续空间开始位置、last 指向连续空间结尾位置、 node 指向Map数组 下标位置。
所以说deque采用的是双端队列形式。
以下博客部分内容借鉴自：http://c.biancheng.net/stl/。
C++ STL 容器、迭代器、适配器(深入了解,一文学会) https://blog.csdn.net/qq_37529913/article/details/120052137 C++ STL deque容器(深入了解,一文学会) https://blog.csdn.net/qq_37529913/article/details/118676574
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