STL容器(libstdc++11.4版本) --- deque## 介绍 > deque是一个**双端队列**, 是一

介绍

deque是一个双端队列, 是一个顺序容器,允许在开头和结尾快速插入和删除.此外,在deque的两端插入和删除永远不会使指向其余元素的指针或引用失效.
deque的存储会根据需要自动扩展和收缩.扩展deque要比std::vector扩容快速,因为它不涉及将现有元素复制到新的内存位置.
deque常见操作的时间复杂度如下:

随机存储 - 常数O(1)

在首尾插入或删除元素 - 常数O(1)

在其他位置插入或删除元素 - 线性O(n)

这次使用一行一行代码讲解,会比较啰嗦.但是对不熟悉的人来说比较友好一点.也是为了给未来自己复习一下

1. deque的核心原理图

deque的底层要比vector复杂那么一丢丢

文字描述

创建队列的时候预先创建一个主控map.它是一个二级指针,每个元素是一个指针类型.在源码中被称为node(也叫缓冲区).在创建主控map的时候,也会创建node(缓冲区),队列实际操作就是这个node(缓冲区)

底层几个核心成员变量分别是:

_M_map: 二级指针,指向主控map

_M_map_size: 主控map的大小

_M_start: 队头

_M_finish: 队尾

iterator的核心成员变量为:

_M_cur: 指向缓冲区位置,也是当前队头或队尾在缓冲区的位置

_M_first: 队头、队尾所在缓冲区的起始地址

_M_last: 队头、队尾所在缓冲区的终止地址

_M_node: 缓冲区所在主控map的地址

2. deque类图

文字说明

_Deque_base提供了几个成员函数,用来操作底层的主控map和node.

_Deque_base内部还有个枚举: S_initial_map_size.定义默认的主控map的大小

设置node指向主控map的存储地址由_Deque_iterator提供

3. deque原理剖析

3.1 构造、析构函数

deque提供了如下几个构造、析构函数因为deque继承自_Deque_base,在deque构造的时候也会调用基类_Deque_base的构造、析构函数.下面是_Deque_base定义的几种构造、析构函数

下面逐个分析每个函数

3.1.1 deque() = default

当我们如下定义deque的时候会调用该构造函数

deque<int> d;

由此调用基类_Deque_base的_Deque_base()版本构造函数,该版本细节如下

_Deque_base()
    : _M_impl()
{ _M_initialize_map(0); }

底层调用_M_initialize_map(0) 来初始化主控map和分配缓冲区(node)._M_initialize_map(0)是_Deque_base的成员函数,下面来分析这个函数做了什么. 记住,调用这个函数传入的参数是0

_M_initialize_map(size_t num_elemtns)

这是加上了注释的代码细节下面一行一行并画个图解释一下这个函数在做什么

第一行调用了__deque_buf_size()函数,通过函数名得知,这个函数用来获取缓冲区的大小
这个函数的参数都是传入deque元素大小.如果元素类型小于 512 的话,那么返回 512 / sizeof(元素类型) ;如果元素类型比512还要大,那么则直接返回 1.

回到_M_initialize_map的第一行来.获取了缓冲区的大小后,根据传入的参数(元素的个数) 除以缓冲区大小,表示需要几个这样的缓冲区,然后再加1,一次性多分配一个缓冲区.毕竟重复分配内存也是挺耗时间的.

第二行则计算主控map的大小.这里用到了一个枚举_S_initial_map_size,这个值为 8. 主控map默认大小为 8.如果你要分配的元素个数比较大,至少需要 7个缓冲区才能装下.那么主控map的大小为缓冲区个数 + 2(多分配两个结点)

第三行分配一个主控map,实际就是一个数组

第四、五行设置两个临时变量,用于指向主控map哪个位置存储的缓冲区是队头和队尾.

第六行在这个范围内创建缓冲区,代码细节如下:

程序执行到这里,就变为了如下图所示的情况

函数的最后几行就是设置队头队尾的指针了,指向合适的位置.这里调用了 _Deque_iterator 的 _M_set_node函数来设置指向的位置
设置完相应的指针后,如下所示这样:
现在队头和队尾都指向同一个位置

3.1.2 deque(size_type n, const allocator_type& a = allocator_type())

我们定义如下deque代码

deque<int> d(10);

deque构造函数代码细节如下:
调用了基类 _Deque_base的 _Deque_base(size_t num_elements) 构造函数,代码细节如下:
和上面一样,只不过这次指定了容器的初始元素个数,细节就不再重新赘述一遍了.

把焦点重新回到deque构造函数的函数体里,这里调用了成员函数 _M_default_initialize().代码细节如下:
这个函数就是将缓冲区初始化为元素类型的默认值.

3.1.3 deque(size_type n, const value_type& value, const allocator_type& a = allocator_type())

我们定义如下代码:

deque<int> d(10, 3);

定义一个deque容器,初始元素个数为10,值为3

deque构造函数代码细节如下:
还是调用了基类的构造,和 3.1.2一样,也都调用了基类的 _M_default_initialize(). 先把主控map和缓冲区初始化出来.随后deque构造函数体里调用了 _M_fill_initialize执行初始化.代码细节如下:

3.1.4 deque(initializer_list<value_type> __l, const allocator_type& __a = allocator_type())

定义如下代码:

deque<int> d({1, 2, 3});

初始化列表方式来定义一个deque容器

构造函数代码细节如下:
这个版本的构造函数调用了基类的allocator_type&版本构造函数
基类只是初始化了成员而已,没有创建主控map和缓冲区,那么这个工作就应该是由deque构造函数体的 _M_range_initialize 来做
注意,调用 _M_range_initialize的第三个参数传入的是 random_access_iterator_tag,这个是迭代器类别,表示可以随机访问.