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【C++】STL----deque

14 人参与  2024年09月24日 08:01  分类 : 《关注互联网》  评论

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一、容器适配器什么是适配器STL标准库中stack和queue的底层结结构 二、deque的介绍deque的缺陷为什么选择deque作为stack和queue的底层默认容器


一、容器适配器

什么是适配器

在这里简单介绍一下容器适配器。
C++ 中的容器适配器(Container Adapters)是对标准容器(如 vector, list 等)的进一步封装,提供了更加简化的接口。**C++ 提供了三种容器适配器:stack、queue 和 priority_queue。**这些适配器并没有创建新的容器类型,而是通过对已有容器进行封装,使其具有某种特定的行为。

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。

STL标准库中stack和queue的底层结结构

虽然stack和queue中也可以存放元素,但在STL中并没有将其划分在容器的行列,而是将其称为
容器适配器,这是因为stack和队列只是对其他容器的接口进行了包装,STL中stack和queue默认
使用deque。

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二、deque的介绍

deque( 双端队列 ) :是一种双开口的 " 连续 " 空间的数据结构 ,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。
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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:
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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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deque是如何借助其迭代器维护其假想连续的结构呢?
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deque的缺陷

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,因此其效率是必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。

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,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:

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。
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。

结合了deque的优点,而完美的避开了其缺陷。

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