vector VS deque

news2024/9/25 15:22:30

1. vector与deque

vector与动态数组相同，能够在插入或删除元素时自动调整自身大小，其存储由容器自动处理，vector通常占用多于静态数组的空间，因为要分配更多的内存以管理将来的增长，在每次插入元素的时，仅当额外内存耗尽时触发重新分配。

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如上图所示，vector元素放置在连续存储中，以便可以使用迭代器访问和遍历他们。在vector中，末尾插入需要不同的时间，因为有时候需要扩展存储空间。对于删除最后一个元素，因为不涉及存储空间大小的调整，则执行时间是恒定的。对于开头或者中间插入和擦除在时间上是线性的，因为可能要涉及到元素的移动。

deque是具有两端扩缩功能的序列容器。其存储方式与vector相反，deque的元素不是相接存储的，是由一段一段等长的连续空间构成的，各段之间并不一定是连续的。它的典型实现如下图所示，通过单独分配固定尺寸的序列（对应图中的数据区），外加额外的登记（对应图中map映射区），map数组中存储的是每段连续空间的地址，通过映射区来管理这些一段一段等长的连续空间，进而实现“整体连续”的效果。

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当deque容器需要在头部或者尾部增加空间的时候，它会申请一段新的连续空间，同时在map数组的开头或者结尾添加指向该空间的指针，由此将deque元素串接起来。在遇到空间不足的时候由于deque可以申请新的连续空间，原数据空间可以保持不变，更新map即可，所以deque在涉及到空间扩展的时候，效率远高于vector。

2. 性能比较

2.1 随机访问

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由于vector是连续存储的，deque是分段连续存储，其随机访问需对map数组进行二次指针解引用（可以理解为：deque随机访问需要先去找到待访问元素在哪段连续存储空间，然后再对该空间进行下标访问），而vector只有下标访问一次即可。因此在随机访问性能上，vector略高于deque，但两者复杂度均为常数 $O (1)$ 。

2.2 末尾插入/删除

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前面我们说过，vector的存储是自动管理的，按需扩张收缩，vector通常占用多于静态数组的空间，因为要分配更多的内存以管理将来的增长，通常情况下vector在尾部插入元素的复杂度为 $O (1)$ ，但当额外内存耗尽的时候，需要重新分配，此时重新分配，是需要单独再申请一份更大空间，把vector原有的元素重新放到新申请的空间上，再完成尾部插入，此时涉及到了新空间的申请、所有元素的移动和旧空间的释放，这种情况下的插入在性能上是灾难级别的，因此，总的来说对于vector尾部插入的时间复杂度为均摊常数 $O (1)$ 。

对于deque由于存储空间是分段连续的，当空间不够的时候重新申请新的一段空间即可，不会涉及到旧元素的移动，其复杂度度为常数 $O (1)$ 。对于尾部删除，因为不涉及到分配空间申请，因此两者的复杂度均在 $O (1)$ 。

注：vector在尾部插入元素的时，新的size()如果大于capacity()，那么所有的迭代器和引用（包括end()迭代器）都会失效，否则只有end()迭代器会失效。而deque除了迭代器会失效，而不会使指向其余元素的指针或引用失效。

2.3 随机插入/删除

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vector在进行随机插入的时候，涉及到插入位置到序列尾部这段元素的移动（可以理解为这段元素需要整体往后移动一位，给新插入元素把位置留出来），随机删除元素同理，因此其随机插入/删除的时间复杂度为插入位置与到vector尾部距离成线性 $O (n)$ 。deque的扩展方式是双向的，因此其可以**根据插入位置距离头部或者尾部较近的距离成线性 $O (n)$ ，**因此，其性能略胜vector一丢丢。

注：对于vector随机插入，如果新size()大于旧的capacity()就会导致重分配，所有的迭代器和引用都会失效，否则，只有在插入点前的迭代器和引用会保持有效。对于deque而言，所有迭代器和引用也会失效，除非插入位置为容器尾部或者头部，引用不会失效。

3. 总结

vector和deque的对比如下表所示：

	vector	deque
头文件	使用需要包含头文件`<vector>`	使用需要包含头文件`<deque>`
存储方式	连续存储元素	包含元素连续存储的内存快列表
随机访问	支持，复杂度为常数 $O (1)$	支持，复杂度为常数 $O (1)$
末尾插入/末尾删除元素	均摊常数 $O (1)$	常数 $O (1)$
随机插入/随机删除元素	与到`vector`结尾的距离成线性 $O (n)$	线性 $O (n)$