C++STL——deque容器详解

news2024/11/19 6:11:47

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纵有疾风起，人生不言弃。本文篇幅较长，如有错误请不吝赐教，感谢支持。

💬文章目录

    • 一.deque容器的基本概念
    • 二.deque容器常用操作
      • ①deque构造函数
      • ②deque元素操作
      • ③deque赋值操作
      • ④deque交换操作
      • ⑤deque大小操作
      • ⑥deque插入和删除

一.deque容器的基本概念

vector容器是单向开口的连续内存空间，deque（['dek]）则是一种双向开口的连续线性空间。所谓的双向开口，意思是可以在头尾两端分别做元素的插入和删除操作，可以理解为数据结构的双端队列。当然，vector容器也可以在头尾两端插入元素，但是在其头部操作效率奇差，全部元素都要后移，无法被接受。
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✅deque容器和vector容器的差异：

  • ①deque是双端队列，可在容器的头部和尾部插入或删除元素。
  • ②deque没有容量的概念，因为它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链接起来，换句话说，deque不会像vector那样，”旧空间不足而重新配置一块更大空间，然后复制元素，再释放旧空间”这样的事情在deque身上是不会发生的。deque可以随时将空间串接在首部或尾部，也因此，deque没有必须要提供所谓的空间保留(reserve)功能。

✅deque容器内部实现原理：

deque容器在逻辑上是一片连续的空间，但这只是一种假象，实际deque是由一段一段的定量的连续空间构成。一旦有必要在deque前端或者尾端增加新的空间，便配置一段连续定量的空间，串接在deque的头端或者尾端。deque最大的工作就是维护这些分段连续的内存空间的整体性的假象，并提供随机存取的接口，避开了（1）重新配置空间申请更大空间 (2)原数据复制新空间 (3)释放原空间三步骤，代价就是复杂的迭代器架构。

既然deque是分段连续内存空间，那么就必须有中央控制，维持整体连续的假象。deque内部存在中央控制器，记录与维护每段数据缓冲区（存储数据的空间）的内存地址，缓冲区中存储真实数据，保证可从容器的头部与尾部插入或删除元素。缓冲区才是deque的存储空间主体。
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deque容器的迭代器：
支持随机访问的迭代器，可跳跃式访问容器元素。

二.deque容器常用操作

①deque构造函数

作用：创建deque容器。
注：使用deque容器时，需包含头文件#include <deque>

函数原型解释
deque<T> deq T;默认构造形式（显示实例化）
deque(beg, end);构造函数将[beg, end)区间中的元素拷贝给本身。
deque(n, elem);有参构造函数，使用n个elem元素进行初始化。
deque(const deque &deq);拷贝构造函数，使用已有deque对象初始化新的对象。

实例：deque构造函数

#include <iostream>
using namespace std;
#include <deque>//包含头文件
void printdeque(const deque<int>& deq)//形参使用const，避免被修改
{	//const_iterator只读迭代器
	for (deque<int>::const_iterator it = deq.begin(); it != deq.end(); ++it)
	{
		cout << *it<<"|";
	}
	cout << endl;
}
void test()
{
	deque<int> v1 = { 1,2,3 };//采用模板实现类实现（显示实例化），默认构造函数，
	deque<int> v2(6, 1);//构造函数将n个elem拷贝给本身。
	int arr[10] = { 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10 };
	deque<int> v3(arr, arr + sizeof(arr) / sizeof(arr[0]));//将v[begin(), end())区间中的元素拷贝给本身
	deque<int> v4(v1);//拷贝构造函数，拿另一个vector对象初始化本身
	printdeque(v1);
	printdeque(v2);
	printdeque(v3);
	printdeque(v4);
}
int main()
{
	test();
	return 0;
}

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②deque元素操作

作用：通过重载赋值运算符operator[]和成员函数at(int index)，对deque容器的单个元素进行读（作为右值）或写（作为左值）。

函数原型解释
T &operator[](size_t n);通过[]访问元素，如果越界，不抛异常，程序直接挂掉
T &at(size_t n);通过at方法获取下标为n的元素，如果n越界，抛出out_of_range异常。
T *data();返回容器中动态数组的首地址。
const T *data() const;返回容器中动态数组的首地址。
T &front();返回第一个元素。
T &back();返回，最后一个元素。

③deque赋值操作

作用：通过重载赋值运算符operator=和成员函数assign()，对deque容器进行赋值。

函数原型解释
assign(beg, end);拷贝目标deque容器中[begin(), end())区间的元素，对当前deque容器赋值。
assign(n, elem);将n个elem拷贝赋值给本身。
deque&operator=(const deque &deq);重载等号操作符
swap(deq);将deq与本身的元素互换

实例：deque赋值操作

#include <iostream>
using namespace std;
#include <deque>//包含头文件
void printdeque(const deque<int>& deq)//形参使用const，避免被修改
{	//const_iterator只读迭代器
	for (deque<int>::const_iterator it = deq.begin(); it != deq.end(); ++it)
	{
		cout << *it<<"|";
	}
	cout << endl;
}
void test()
{
	deque<int> deq;

	//尾插法插入元素
	for (int i = 0; i < 5; i++) {


		deq.push_back(i);
	}
	//遍历
	printdeque(deq);	//0 1 2 3 4

	/* 1.重载运算符=赋值 */
	deque<int> d1;
	d1 = deq;
	printdeque(d1);	//0 1 2 3 4

	/* 2.assign()函数，区间拷贝 */
	deque<int> d2;
	d2.assign(deq.begin(), deq.end());
	printdeque(d2);	//0 1 2 3 4

	/* 3.assign()函数，n个elem元素赋值 */
	deque<int> d3;
	//5个整型元素6
	d3.assign(5, 6);
	printdeque(d3);	//6 6 6 6 6
}
int main()
{
	test();
	return 0;
}

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④deque交换操作

💬表格一览：

函数原型解释
void swap(deque &deq);把当前容器与deq交换。

实例：deque交换操作

#include <iostream>
using namespace std;
#include <deque>//包含头文件
void printdeque(const deque<int>& deq)//形参使用const，避免被修改
{	//const_iterator只读迭代器
	for (deque<int>::const_iterator it = deq.begin(); it != deq.end(); ++it)
	{
		cout << *it<<"|";
	}
	cout << endl;
}
void test()
{
	deque<int> deq;

	//尾插法插入元素
	for (int i = 0; i < 5; i++) {


		deq.push_back(i);
	}
	//遍历
	printdeque(deq);	//0 1 2 3 4
	deque<int> d1;
	d1.swap(deq);//将deq与本身的元素互换
	printdeque(d1);
}
int main()
{
	test();
	return 0;
}

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⑤deque大小操作

作用：操作deque容器的大小（即元素个数）。

函数原型解释
bool empty() const;判断容器是否为空。
size_t size() const;返回容器的实际大小（已使用的空间）。
resize(int num)；重新指定容器的长度为num。若容器变长，则以默认值0填充新位置；若容器变短，则容器末尾超出新长度的元素被删除。
resize(int num, elem);重新指定容器的长度为num。若容器变长，则以指定值elem填充新位置；若容器变短，则容器末尾超出新长度的元素被删除。

实例：deque大小操作

#include <iostream>
using namespace std;
#include <deque>//包含头文件
void printdeque(const deque<int>& deq)//形参使用const，避免被修改
{	//const_iterator只读迭代器
	for (deque<int>::const_iterator it = deq.begin(); it != deq.end(); ++it)
	{
		cout << *it<<"|";
	}
	cout << endl;
}
void test()
{
	deque<int> deq;
	//尾插法插入元素
	for (int i = 0; i < 5; i++) {


		deq.push_back(i);
	}
	printdeque(deq);	//0 1 2 3 4

	//empty()：判断容器是否为空
	cout << (deq.empty() ? "deq为空" : "deq不为空") << endl;	//deq不为空

	//size(); ：获取容器的大小，即元素个数。
	cout << "deq的大小/元素个数：" << deq.size() << endl;	//5

	//resize(int num);：重新指定容器的长度为num
	//若容器变长，则以默认值0填充新位置；若容器变短，则容器末尾超出新长度的元素被删除。
	deq.resize(10);			//长度变大时，使用默认值0填充
	printdeque(deq);	//0 1 2 3 4 0 0 0 0 0

	deq.resize(3);			//长度变小时，容器末尾超出新长度的元素被删除
	printdeque(deq);	//0 1 2

	//resize(int num, elem); ：重新指定容器的长度为num。
	//若容器变长，则以指定值elem填充新位置；若容器变短，则容器末尾超出新长度的元素被删除。
	deq.resize(8, 6);		//长度变大时，使用指定值6填充
	printdeque(deq);	//0 1 2 6 6 6 6 6

}
int main()
{
	test();
	return 0;
}

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注：deque容器不存在容量的概念，即不存在capacity()成员函数。可随时开辟缓冲区存储数据。

⑥deque插入和删除

💬表格一览：

函数原型解释
iterator insert(iterator pos, const T& ele);在指定位置插入一个元素ele 返回指向插入元素的迭代器。
iterator insert(const_iterator pos, int count,ele);迭代器指向位置pos插入count个元素ele.返回指向插入元素的迭代器。
void push_front(const T& ele);在容器头部插入一个数据
void push_back(const T& ele);尾部插入元素ele
void pop_front();删除容器第一个数据
void pop_back();删除最后一个元素
void clear();清空容器。
iterator erase(const_iterator start, const_iterator end);删除迭代器从start到end之间的元素，返回下一个有效的迭代器。
iterator erase(const_iterator pos);删除迭代器指向的元素，返回下一个有效的迭代器。

实例：deque插入和删除

#include <iostream>
using namespace std;
#include <deque>//包含头文件
void printdeque(const deque<int>& deq)//形参使用const，避免被修改
{	//const_iterator只读迭代器
	for (deque<int>::const_iterator it = deq.begin(); it != deq.end(); ++it)
	{
		cout << *it<<"|";
	}
	cout << endl;
}
void test()
{
	deque<int> v;
	for (int i = 0; i < 5; i++)
	{
		v.push_back(i + 1);//尾部插入元素
	}

	printdeque(v);//1 2 3 4 5

	v.insert(v.begin() + 1, 2, 100);//在第二个元素插入2个100
	printdeque(v);//1 100 100 2 3 4 5

	v.pop_front();//头部删除一个元素
	v.pop_back();//尾部删除一个元素
	printdeque(v);//100 100 2 3 4
	cout << "-------------" << endl;
	v.erase(v.begin());//删除第一个元素
	printdeque(v);//100 2 3 4

	deque<int>::const_iterator it = v.erase(v.begin() + 1, v.end() - 1);//删除从第二个元素到倒数第二个元素，返回下一个有效迭代器
	printdeque(v);//100 4

	v.insert(it, 66);
	printdeque(v);//100 66 4

	v.clear();//清空容器
}
int main()
{
	test();
	return 0;
}

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