C/C++编程：STL deque原理分析

std::deque （ double-ended queue ，双端队列）是有下标顺序容器，它允许在其首尾两端快速插入及删除。另外，在 deque 任一端插入或删除不会非法化指向其余元素的指针或引用。

deque VS vector

deque和vector非常相似：

• 它也采用动态数组来管理元素，提供随机访问，有着和vector几乎一模一样的接口；

• 它们都是序列式容器，即元素的位置与插入时机有关，与元素值无关

不同点：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。

• 所谓双向开口，指的是可以在头尾两端做元素的插入和删除操作
• vector虽然技术上可以做到双向开口，但是在头部操作的效率非常差，无法被接受

deque的逻辑结构如下：

为了提供这种能力，deque通常实现为一组独立区块，第一区块向某个方向扩展，最末区块向另一方向扩展。

• 因为deque内部是连续分块的空间，因此和vector相比，deque有还有如下不同：
  • 一是：在于deque允许常数级别对头部插入或者删除
  • 二是：deque没有所谓容量(capacity)观念
    • 因为deque是动态的以分段连续空间组合而成，随时可以增加一段新的空间并连接起来。
    • 而vector是”旧空间不足就申请一个更大的空间，然后复制元素，再释放旧空间“。
    • 也因此，deque没有必要提供所谓的空间保留（reserve）功能
  • 另外，虽然deque也提供随机存取迭代器，但是它的迭代器并不是普通指针，其复杂度比vector高太多了，这也影响了各个运算层面。所以，除非必要，我们应该尽可能的选择vector而不是deque

那什么时候用deque呢？

deque的中控器

deque是连续空间（逻辑上），C++中连续线性空间有array和vector。

• array无法成长
• vector虽然可以成长，但是只能向尾端成长，而且其所谓成长其实是个假象。
  • 事实上是（1）另找一个更大空间（2）将原数据复制过去（3）释放原空间三部曲。
  • 如果不是vector每次配置新空间都会留下一些余地，那么代价会非常高
• deque是有一段一段的定量连续空间构成
  • 一旦有必要再deque的前端或尾端增加空间，就配置一段定量连续空间，串接再整个deque的头部或者尾部
  • deque的最大任务，就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”重新申请、复制、释放“的三部曲，代价是复杂的迭代器架构。

deque为了维持这个整体连续的假象，设置了一个中控器作为主控。

• 这个所谓的主控可以看成是一个map（注意不是STL中的map）
• 这个map是一小块连续空间，其中每个元素节点(node)都是指针，指向另一端较大的连续线性空间，称为缓冲区。
• 缓冲区才是deque的存储空间主体。
• STL允许我们指定缓冲区大小，默认值0表示将使用512bytes缓冲区

• 把各种令人头皮发麻的型别定义（为了型别安全，这是必要的）整理一下，我们可以发现，map其实是一个T**。也就是说它是一个指针，所指之物又是一个指针，指向类型为T的一块空间

deque的迭代器

deque是分段连续空间，维持其”整体连续“假象的任务，落在了迭代器的operator++和operator--两个运算子身上。

一个deque迭代器应该满足如下条件：

• 首先，它必须能够指出分段连续空间（也就是缓冲区）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，一旦前进或者后退就必须跳到下一个或者上一个缓冲区。
  • 为了正确跳跃，deque必须随时掌握掌控中心map