[C++系列] 57. deque的介绍及使用

1. deque的介绍及使用

1.1 deque的介绍

1.deque(发音类似“deck”),是双端队列不规则的首字母缩写即:double ended queue,双端队列是动态大小的序列式容器,其可以像两端进行伸缩。
2. 特定的库可以以不同的方式实现deque,但通常都是一种动态数组。不论在何种情况下,它都允许通过随机访问迭代器直接访问单个元素,可以根据需要动态的伸缩。
3. 因此,deque提供了一些与vector相似的功能,但deque在头部和尾部进行数据插入和删除操作更加高效。与vector不同的是,deque不能保证所有的元素存储在连续的空间中,在deque中通过指针加偏移量方式访问元素可能会导致非法的操作。
4. vector与list提供了相似的接口,因此其具有类似的用途,但是内部的实现原理不同:vector使用使用了动态数组,该数组通常需要动态增长;deque中的元素可能分散在不同的存储块中,在deque中保存了一些必要的信息,通常用来在常数范围内直接访问deque中的任何一个元素,所以deque的内部实现比vector复杂,但是这些额外信息使得deque在某些情况下增长更加的高效,特别是在序列比较大,重新分配成本比较高的情况下。
5. 除了在频繁在头部或尾部进行插入和删除操作外,deque比list和forward_list的性能更差。

1.2 deque的使用

1.2.1 deque的构造
函数声明 接口说明
deque() 构造空的双端队列
deque(size_type n, const value_type& val = value_type()) 用n个值为val的元素构造双端队列
deque(InputIterator first, InputIterator last) 用[first, last)的区间构造双端队列
deque(const deque& x) 双端队列的拷贝构造函数
1.2.2 deque的迭代器

双端队列底层是一段假象的连续空间,实际是分段连续的,为了维护其“整体连续”的假象,落在了deque的迭代器身上。 下图为deque的原理图:
在这里插入图片描述
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函数声明 接口说明
iterator begin() 返回deque起始位置迭代器
iterator end() 返回deque最后一个元素下一个位置的迭代器
reverse_iterator rbegin() 返回deque起始位置的反向迭代器(即end())
reverse_iterator rend() 返回deque最后一个元素下一个位置的反向迭代器(begin())
const_iterator cbegin() const 返回deque起始位置的const迭代器
const_iterator cend() const 返回deque最后一个元素下一个位置的const迭代器
const_reverse_iterator crbegin() const 返回deque起始位置的const反向迭代器(即crend())
const_reverse_iterator crend() const 返回deque最后一个元素下一个位置的const反向迭代器(crbegin())
1.2.3 deque的容量操作
函数声明 接口说明
size_type size() const 返回deque中有效元素个数
bool empty ( ) const 检测deque是否为空,是返回true,否则返回false
void resize ( size_type sz, T c = T()); 将deque中的元素改变到sz,多出的空间用c填充
1.2.4 deque的元素访问操作
函数声明 接口说明
reference operator[] (size_type n) 返回deque中n位置上元素的引用
const_reference operator[] (size_type n) const 返回deque中n位置上元素的const 引用
reference front() 返回deque中首元素的引用
const_reference front() const 返回deque中首元素的const引用
reference back() 返回deque中最后一个元素的引用
const_reference back() const 返回deque中最后一个元素的const引用
1.2.4 deque中修改操作
函数声明 接口说明
void push_back(const value_type& val) deque尾部插入元素val
void pop_back() 删除deque尾部元素
void push_front (const value_type& val) deque头部插入元素val
void pop_front() 删除deque头部元素
iterator insert (iterator position, const value_type& val) 在deque的position位置插入值为val的元素
void insert (iterator position, size_type n, const value_type& val) 在deque的position位置插入n个值为val的元素
void insert (iterator position, InputIterator first, InputIterator last) 在deque的position位置插入[first, last)区间中的元素
iterator erase (iterator position) 删除deque中position位置的元素,并返回该位置的下一个位置
iterator erase (iterator first, iterator last) 删除deque中[first, last)区间中的元素,并返回last位置
void swap (deque& x) 交换两个deque中的内容
void clear() 将deque中的元素清空
iterator emplace (const_iterator position, Args&&… args) 在deque的position位置构造元素,将元素所需内容通过参数类表传入
void emplace_front (Args&&… args) 在deque的头部构造元素,元素的参数通过参数列表传入
void emplace_back (Args&&… args) 在deque的尾部构造元素,元素的参数通过参数列表传入
1.2.5 deque中接口应用实例
 #include<deque>
 
void PrintDeque(const std::deque<int>& d)
{
    for (const auto& e : d)
        cout << e << " ";
    cout << endl;
}
 
// 测试deque的构造函数
void TestDeque1()
{
	// 构造空的双端队列
    std::deque<int> d1;
    
    // 用10个值为5的元素构造双端队列
    std::deque<int> d2(10, 5);
    PrintDeque(d2);
 
    // 用数组的区间构造双端队列
    int array[] = { 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 0 };
    std::deque<int> d3(array, array+sizeof(array)/sizeof(array[0]));
    PrintDeque(d3);
 
    // 用d3拷贝构造d4
    std::deque<int> d4(d3);
    PrintDeque(d4);
}
 
// 测试deque中的迭代器
void TestDeque2()
{
    int array[] = { 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 0 };
    std::deque<int> d(array, array+sizeof(array)/sizeof(array[0]));
    
    // 利用正向迭代器打印deque中的元素
    for (auto it = d.cbegin(); it != d.cend(); ++it)
        cout << *it << " ";
    cout << endl;
 
    auto cit = d.cbegin();
    //*it = 100;   该条语句编译失败,it为const迭代器,其指向空间元素值不能修改
 
    
    // 利用反向迭代器逆向打印deque中的元素
    for (auto it = d.crbegin(); it != d.crend(); ++it)
        cout << *it << " ";
    cout << endl;
}
 
void TestDeque3()
{
    // 列表方式初始化,C++11语法
    deque<int> d1{3,4,5};
 
    // 在deque的尾部插入5,头部插入1,并打印
    d1.push_back(6);
    d1.push_front(2);
    PrintDeque(d1);
    cout << d1.size() << endl;
    cout << d1.front() << endl;
    cout << d1.back() << endl;
 
    // 在deque的尾部构造6,头部构造0
    // 注意:如果是内置类型元素,
    //      emplace_back与push_back emplace_front与push_front的效率形同
    //      如果是自定义类型元素
    //      emplace_back/emplace_front的效率更高,这两个操作直接在尾部或者头部构造元素
    //      push_back/push_front的效率低,该操作时先将元素构造好,然后拷贝到尾部或头部
    d1.emplace_back(7);
    d1.emplace_front(1);
    PrintDeque(d1);
 
    // 在deque的begin位置插入元素0
    d1.insert(d1.begin(), 0);
    PrintDeque(d1);
 
    // 删除deque首部与尾部元素
    d1.pop_front();
    d1.pop_back();
    d1.erase(d1.begin());
    PrintDeque(d1);
 
    // 将deque中的元素清空
    d1.clear();
    cout << d1.size() << endl;
}
 
 
// 问题:如果要对deque中的元素进行排序,以下的效率高吗?
#include <algorithm>
#include <deque>
void TestDequeSort()
{
    int array[] = { 5, 2, 1, 9, 6, 3, 8, 7, 4, 0 };
    deque<int> d(array, array + sizeof(array) / sizeof(array[0]));
    PrintDeque(d);
    
    // 利用标准库中的算法对deque中的元素进行升序排序
    sort(d.begin(), d.end());
    PrintDeque(d);
}
 
/*
   上述对deque中排序操作的效率是非常低的,当对deque排序时,需要多次对deque中的元素进行整体遍历,而
deque中的元素整体遍历时效率比较低,这是因为deque底层的空间不连续,如果要进行整体遍历,在某段空间的
默认或首部时,必须要计算下一段或者前一段空间的位置,导致deque的效率比较底下。
*/
1.3. deque的应用场景

deque在序列式容器中比较鸡肋,因为如果只是简单的存储元素,使用vector即可,如果对元素任意位置进行插入或者删除操作比较多,使用vector即可,所以一般很少去使用deque。deque最大的应用,就是用其作为标准库中stack和queue的底层结构

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