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STL序列式容器之deque

一、概述

deque是一種雙向開口的連續線性空間,所謂雙向是指可以在首尾兩端進行插入和刪除,邏輯結構如圖所示:

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deque和vector最大的差異在於deque可以在常數時間內對頭端進行插入和刪除操作,而且deque沒有容量的概念,隨時可以增加一段新的空間並連結起來。除非必要,應儘量使用vector而非deque。對deque進行排序操作為了提高效率可以先將deque複製到vector中,將vector排序後(利用STL sort演算法)再複製回deque。

二、deque內部結構

deque由一段一段的定量連續空間構成,一旦有必要在deque的前端或者尾端增加新空間,便配置一定的連續空間,串接在整個deque的頭端或者尾端,deque最大的任務便是維護這些連續空間整體連續的假象,並提供隨機存取的介面

。deque採用map(非STL map)作為主控,這裡的map是一小段連續空間,每個元素都是一個指標,指向另一段連續的線性空間,稱為緩衝區,緩衝區才是deque的儲存空間主體。SGI STL 允許指定緩衝區大小,預設值0表示將使用512bytes緩衝區。
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deque的迭代器應該能夠指出分段連續空間在哪裡,必須能夠判斷自己是否處在其所在緩衝區的邊緣,如果是則應能夠跳到下一個或上一個緩衝區上。其中控器、迭代器和緩衝區的關係如下圖。迭代器內的cur指標指向當前緩衝區的當前元素,first指向首元素,last指向尾元素,node回指此緩衝區迭代器在中控器中的位置。

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對於一個存放了23個元素的deque再加入一個元素,其結構圖如下。start迭代器內含第一個緩衝區指標資訊,finish迭代器內含最後一個緩衝區資訊。deque::begin()傳回迭代器start,deque::end()傳回迭代器finish。
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正因為deque內部的結構複雜,所以存取元素時deque的內部多一個間接過程,相比於vector會慢一點。deque迭代器需要在不同區塊之間跳轉,所以必須是智慧型指標。deque的迭代器屬於隨機存取迭代器。

三、deque的核心介面

在標頭檔案<deque>中,class deque定義如下:

namespace std {
    template <class T,
              class Allocator = allocator<T> >
    class deque;
}

第一個引數代表元素型別,帶有預設值的第二個引數定義deque記憶體模型,預設使用allocator。

1. 構造和解構函式

操作 效果
deque<Elem> c 產生一個存放Elem型別元素的空deque
deque<Elem> c1(c2) 針對某個deque產生一個同型副本
deque<Elem> c(n) 產生一個含有n個元素,以default建構函式產生元素的deque
deque<Elem> c(n,elem) 產生一個含有n個elem元素deque
deque<Elem> c(beg,end) 產生一個以區間[beg,end]內元素為初值的deque
c.~deque<Elem>() 銷燬所有元素,釋放記憶體


2. 非變動性操作

操作 效果
c.size() 返回實際容器的大小。
c.empty() 判斷容器大小是否為0。
c.max_size() 返回可容納元素最大數量
c1 == c2 判斷c1是否等於c2
c1 != c2 判斷c1是否不等於c2
c1 < c2 判斷c1是否小於c2
c1 > c2 判斷c1是否大於c2
c1 <= c2 判斷c1是否小於等於c2
c1 >= c2 判斷c1是否大於等於c2
c.at(idx) 返回索引位置idx處的元素,如果idx越界,丟擲out_of_range異常
c[idx] 返回索引位置idx處的元素,不進行範圍檢查
c.front() 返回第一個元素,不檢查元素是否存在
c.back() 返回最後一個元素,不檢查元素是否存在
c.begin() 返回一個隨機存取迭代器,指向第一元素
c.end() 返回一個隨機存取迭代器,指向最後一個元素的下一位置
c.rbegin() 返回一個逆向迭代器,指向逆向迭代時的第一個元素
c.rend() 返回一個逆向迭代器,指向逆向迭代時最後元素的下一位置


3. 變動性操作

操作 效果
c1 = c2 將c2的所有元素賦值給c1
c.assign(n,elem) 將n個elem副本賦值給c
c.assign(beg,end) 將區間[beg,end]中的元素賦值給c
c1.swap(c2) 將c1和c2中的元素互換
swap(c1,c2) 同上,此為全域性函式
c.insert(pos,elem) 在pos位置插入一個elem副本,返回新元素的位置
c.insert(pos,n,elem) 在pos位置插入n個elem副本,無返回值
c.insert(pos,beg,end) 在pos位置插入區間[beg,end]內的元素,無返回值
c.push_back(elem) 在尾部新增一個elem的副本
c.pop_back() 移除最後一個元素,不回傳
c.push_front(elem) 在頭部插入一個elem副本
c.pop_front() 移除頭部元素,不回傳
c.erase(pos) 移除pos位置上的元素,返回下一元素的位置
c.erase(beg,end) 移除區間[beg,end]內的元素,返回下一元素的位置
c.resize(num) 將大小改為num。如果size增長了,新增大小以default建構函式產生出來
c.resize(num,elem) 將大小改為num。如果size增長了,新增大小以elem副本產生出來
c.clear() 移除所有元素,將容器清空

三、程式示例

deque的使用示例

//example of deque
#include <iostream>
#include <deque>
#include <string>
#include <algorithm>
using namespace std;

int main()
{
    deque<string> coll;

    coll.assign(3, string("string"));
    coll.push_back("last string");
    coll.push_front("first string");

    copy(coll.begin(), coll.end(),
        ostream_iterator<string>(cout, "\n"));
    cout << endl;

    coll.pop_front();
    coll.pop_back();

    copy(coll.begin(), coll.end(),
        ostream_iterator<string>(cout, "\n"));

    for (unsigned int i = 1; i < coll.size(); ++i){
        coll[i] = "another " + coll[i];
    }
    cout << endl;
    coll.resize(4, "resized string");

    copy(coll.begin(), coll.end(),
        ostream_iterator<string>(cout, "\n"));

    return 0;
}

輸出結果:
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