【C++】deque的用法

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。

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。

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：

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：

那deque又是如何借助其迭代器维护其假想连续的结构呢？

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 5d1.insert(it, 2, 20);                     PrintList(d1);// 结果：1 20 20 10 2 3 4 5it = 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 5deque<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 10d2.erase(d2.begin(), d2.begin() + 3);PrintList(d2); //结果：4 5 7 8 9 10return 0;
}

运行结果：

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。