【C++】deque的用法

news2024/11/24 2:56:47

目录

  • 一、容器适配器
  • 二、deque的介绍
  • 三、deque的使用及缺陷
    • 1、deque的构造函数
    • 2、deque的元素访问接口
    • 3、deque的 iterator的使用
    • 4、deque的增删查改
    • 4、deque的缺陷
    • 5、为什么选择deque作为stack和queue的底层默认容器

一、容器适配器

在了解deque前,我们先讲一讲什么是适配器。

适配器是一种设计模式(设计模式是一套被反复使用的、多数人知晓的、经过分类编目的、代码设计经验的总结),该种模式是将一个类的接口转换成客户希望的另外一个接口。 就像我们生活中常见的充电器一样。
在这里插入图片描述
在STL中,虽然stack、queue和priority_dueue中也可以存放元素,但是并没有将其划分在容器的行列中去,而是将其称为容器适配器,这就是因为stack、queue和priority_dueue中只是对其他容器的接口进行了包装。并且,在STL中stack和queue默认使用的是deque,priority_dueue默认使用的是vector。
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二、deque的介绍

deque:即双端队列,是一种双开口的连续空间的数据结构。可以在头尾两端进行插入和删除操作。并且,时间复杂度为O(1),与vector比较,头插效率高,不需要移动元素;与list比较,空间利用率比较高。
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但是,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:
在这里插入图片描述

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”以及随机访问的假象,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:
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那deque又是如何借助其迭代器维护其假想连续的结构呢?
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三、deque的使用及缺陷

1、deque的构造函数

函数名称功能说明
deque()无参构造
deque(size_type n, const value_type& val = value_type())构造并初始化n个val
deque (InputIterator first, InputIterator last)使用迭代器进行初始化构造
deque (const deque& x)拷贝构造

代码演示:

#include <iostream>
#include <deque>
using namespace std;
int main()
{
    int i;
    deque<int> d1;        
    deque<int> d2(4, 50);                       
    deque<int> d3(d2.begin(), d2.end());  
    deque<int> d4(d3);                       
    for (auto e : d4)
    {
        cout << e << " ";//结果:50 50 50 50
    }
    cout << endl;

    int arr[] = { 16,2,77,29 };
    deque<int> d5(arr, arr + sizeof(arr) / sizeof(int));
    deque<int>::iterator it = d5.begin();
    while (it != d5.end())
    {
        cout << *it << ' ';//结果:16 2 77 29
        ++it;
    }
    cout << endl;

    return 0;
}

2、deque的元素访问接口

函数声明说明
size()获取数据个数
empty()判断是否为空
resize()更该容器大小
front()访问第一个元素
back()访问最后一个元素

3、deque的 iterator的使用

函数声明说明
begin() + end()获取第一个数据位置的iterator/const_iterator + 获取最后一个数据的下一个位置的iterator/const_iterator
rbegin() + rend()获取最后一个数据位置的reverse_iterator + 获取第一个数据前一个位置的reverse_iterator

与vector一样是一个随机访问迭代器,而list是一个双向迭代器

4、deque的增删查改

函数名称功能说明
push_back()在末尾添加元素
push_front()在开头插入元素
pop_back()删除最后一个元素
pop_front()删除第一个元素
insert()插入元素
erase()删除元素
swap()交换元素
clear()清空有效元素
operator[]访问元素

insert / erase 代码演示:

#include <iostream>
#include <deque>
#include <vector>
using namespace std;
void PrintList(const deque<int>& d)
{
    for (deque<int>::const_iterator it = d.begin(); it != d.end(); ++it)
    {
        cout << *it << " ";    }
    cout << endl;
}
int main()
{
    deque<int> d1;


    for (int i = 1; i < 6; i++)
    {
        d1.push_back(i); // 1 2 3 4 5
    }

    deque<int>::iterator it = d1.begin();
    ++it;

    it = d1.insert(it, 10);   
    PrintList(d1); // 结果:1 10 2 3 4 5

    d1.insert(it, 2, 20);                     
    PrintList(d1);// 结果:1 20 20 10 2 3 4 5

    it = d1.begin() + 2;
    vector<int> v(2, 30);
    d1.insert(it, v.begin(), v.end());  
    PrintList(d1);// 结果:1 20 30 30 20 10 2 3 4 5

    deque<int> d2;

    for (int i = 1; i <= 10; i++)
    {
        d2.push_back(i); // 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
    }

    d2.erase(d2.begin() + 5);
    PrintList(d2); //结果:1 2 3 4 5 7 8 9 10

    d2.erase(d2.begin(), d2.begin() + 3);
    PrintList(d2); //结果:4 5 7 8 9 10

    return 0;
}

运行结果:
在这里插入图片描述

由上述接口中,可以看出deque是vector和list的结合体,但是实际使用中并不常见,而目前能看到的一个应用就是在STL中用其作为stack和queue的底层数据结构,为什么呢?

4、deque的缺陷

优势

  • 与vector比较,deque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。

缺陷:

  • deque并不适合遍历,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小空间的边界,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。所以目前能看到的一个应用就是在STL中用其作为stack和queue的底层数据结构。

5、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。

在STL中stack和queue默认选择deque作为其底层容器,主要原因是:

  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。
  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。

综上所述,stack和queue结合了deque的优点,而完美避开了其缺陷。

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