C++ STL之deque的理解及使用

1. 介绍

deque(双端队列)：是一种双开口的连续空间的容器，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，且支持下标访问。

2. 实现原理（简单理解）

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：

这里如果中控数组满了，扩容的代价是很低的，只需要将指针变量数组扩容即可。

双端队列底层是一段假象的连续空间，实际是分段连续的，所以维护其整体连续以及随机访问的假象的任务就落在了deque的迭代器身上，因此deque的迭代器设计就比较复杂，如下图所示：

3. deque的优缺点

• 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，因此其效率是比 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，且支持下标访问。

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，使用deque效率很高。

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。

所以 stack 和 queue 结合了 deque 的优点，而完美的避开了其缺陷。

4. deque类的使用

4.1 deque类对象的构造函数

4.2 deque类对象的容量操作

4.3 deque类对象的修改操作

4.4 deque类对象的访问及遍历操作

遍历操作

遍历操作

#include <iostream>
#include <deque>

int main()
{
   
	std::deque<int> dq(10, 100);
	// 1.普通下标遍历
	for (size_t i = 0; i < dq.size(); ++i)
		std::cout << dq[i] << " ";
	std::cout << '\n';

	// 2.迭代器遍历
	for (std::deque<int>::iterator it = dq.begin(); it != dq.end(); ++it)
		std::cout << *it << " ";
	std::cout << '\n';

	// 3.范围for遍历
	for (auto e : dq)
		std::cout << e << " ";
	std::cout << '\n';

	return 0;
}

输出结果

说明

1. 普通下标遍历：
   在此代码段中，通过使用普通的下标操作符 []，从索引 0 开始，逐个访问 deque 容器dq 中的元素，并将其打印出来。循环变量 i 从 0 递增到 dq.size()-1，并使用 dq[i] 访问每个元素。最后，打印一个换行符。
2. 迭代器遍历：
   在此代码段中，使用迭代器进行遍历。首先，通过 dq.begin() 获取 deque 容器 dq 的起始迭代器，通过 dq.end() 获取 deque 容器 dq 的结束迭代器。然后，通过迭代器 it 遍历从起始迭代器到结束迭代器之间的所有元素，并使用 *it 打印每个元素的值。最后，打印一个换行符。
3. 范围for循环遍历：
   在此代码段中，使用范围for循环对 deque 容器 dq 进行遍历。对于 deque 容器 dq 中的每个元素，将其依次赋值给循环变量 e，然后打印出 e 的值。此方法不需要显式地使用迭代器或下标来访问向量的元素，因为范围for循环会自动处理迭代过程，并在每次迭代中将元素赋值给循环变量。最后，打印一个换行符。