C++ deque与vector对比的优缺点

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C++ deque与vector对比的优缺点

川入   2023-02-02 我要评论

deque容器

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deque与vector十分的相识。vector是单向开口的连续线性空间(单向扩容),deque则是一种双向开口的连续线性空间(双向扩容)。双向开口:可以在头尾两端分别做元素的插入和删除操作。区别就在此,vector当然也可以在头尾两端进行操作,但是其头部操作的效率奇差,无法被接受,如:stack与queue的容量适配器就在二者其中,选择deque(当然使用vector也可)。

vector与deque的差异:

  • deque允许于常数时间内对头端进行元素的插入或移除操作。
  • deque没有所谓的容量观念,因为它是动态地以分段连续空间组合而成,随时可以增加一段新的空间并连接起来。

与stack相比deque的优缺点:

优势:

  • 头尾插入删除很方便

劣势:

  • operator[]计算稍显复杂,大量使用,性能下降(下标需要经过计算)。
  • 中间插入删除效率不高(下标需要经过计算,并且需要挪动元素)。
  • 底层角度迭代器会很复杂。

结论:

  • 头尾的插入删除deque非常适合,相比vector而言,很适合去做stack和queue的默认适配容器。
  • 中间插入删除少用deque,可以用:list(因为无需挪动元素)。
  • 随机访问多用vector(因为下标是确定的)。

deque的迭代器

需要注意,deque是连续的空间,但是这只是其逻辑上的,物理上并不是。所以在迭代器上维持其“整体连续”假象的工作,就落在迭代器中的operator++与operator--上了。

首先,连续重要的就是能够指出分段空间在哪里,其次,它必须能够判断自己是否已经处于其所在的存储边缘,如果是,一旦前行或后退时就必须跳跃到下一个或上一个存储空间。

// __deque_iterator的源码
template <class T, class Ref, class Ptr, size_t BufSiz>
struct __deque_iterator
{
	typedef __deque_iterator<T, T&, T*>             iterator;
	typedef __deque_iterator<T, const T&, const T*> const_iterator;
	static size_t buffer_size() {return __deque_buf_size(0, sizeof(T)); }//buffer_size()用于确定缓冲区的大小
	typedef random_access_iterator_tag iterator_category;
	typedef T value_type;
	typedef Ptr pointer;
	typedef Ref reference;
	typedef size_t size_type; // size_t 是unsigned 类型,通常用来指明数组长度
	typedef ptrdiff_t difference_type; // ptrdiff_t 是 signed 整型,通常用来保存两个指针减法操作的结果
	typedef T** map_pointer;
	typedef __deque_iterator self;
	// 保持与容器的联结,是对某一个缓冲区而言的
	T* cur;       // 此迭代器所指之缓冲区中的现行元素
	T* first;     // 此迭代器所指之缓冲区的头
	T* last;      // 此迭代器所指之缓冲区的尾(含备用空间)
	map_pointer node;    // 指向管控中心
        ...
}
//deque_buf_size()全局函数
inline size_t deque_buf_size(size_t n, size_t sz){
    return n != 0 ? n : (sz < 512 ? size_t(512 / sz) : size_t(1));
}
//定义:
//1. 如果n不为0,传回n,表示buffer size由使用者自定。
//2. 如果n为0,表示buffer size使用默认值,那么:
//    如果sz不小于 512,返回1。
//    如果sz(元素大小,sizeof(value_type))小于512,传回512/sz。

void set_node(map_pointer new_node) {
	node = new_node;
	first = *new_node;
	last = first + difference_type(buffer_size());
}
reference operator*() const { return *cur; }
pointer operator->() const { return &(operator*()); }
difference_type operator-(const self& x) const {
	return difference_type(buffer_size()) * (node - x.node - 1) + (cur - first) + (x.last - x.cur);
}
self& operator++() {
	++cur;        //切换至下个元素
	if (cur == last) {   //如果已达所在缓冲区的尾端,就切换至下一节点(亦即缓冲区)的第一个元素
		set_node(node + 1);
		cur = first;
	}
	return *this;
}
self operator++(int) { //后置式,标准写法
	self tmp = *this;
	++*this;
	return tmp;
}
self& operator--() {
	if (cur == first) {//如果已达所在缓冲区的头端, 就切换至前一节点(亦即缓冲区)的最后一个元素
		set_node(node - 1);
		cur = last;
	}
	--cur; //切换至前一个元素
	return *this;
}
self operator--(int) { //后置式,标准写法
	self tmp = *this;
	--*this;
	return tmp;
}
// 以下实现随机存取。迭代器可以直接跳跃n个距离
self& operator+=(difference_type n) {
	difference_type offset = n + (cur - first);
	if (offset >= 0 && offset < difference_type(buffer_size()))
		//标的位置在同一缓冲区内
		cur += n;
	else {
		//标的位置不在同一缓冲区内
		difference_type node_offset =
			offset > 0 ? offset / difference_type(buffer_size()) : -difference_type((-offset - 1) / buffer_size()) - 1;
		// 切换至正确的节点(亦即缓冲区)
		set_node(node + node_offset);
		// 切换至正确的元素
		cur = first + (offset - node_offset * difference_type(buffer_size()));
	}
	return *this;
}
self operator+(difference_type n) const {
    self tmp = *this;
    return tmp += n; //调用operator+=
}
//利用operator+=完成operator-=
self& operator-=(difference_type n) { return *this += -n; }
self operator-(difference_type n) const {
    self tmp = *this;
    return tmp -= n; //调用operator-=
}
//实现随机存取,迭代器可以直接跳跃n个距离
reference operator[] (difference_type n) const { return * (*this + n);)}
bool operator==(const self& x) const { return cur == x.cur; }
bool operator!=(const self& x) const { return !(*this == x); }
bool operator<(const self& x) const {
    return (node == x.node) ? (cur < x.cur) : (node < x.node);
}

deque的成员函数

函数成员函数功能
begin()返回指向容器中第一个元素的迭代器。
end()返回指向容器最后一个元素所在位置后一个位置的迭代器,通常和 begin() 结合使用。
rbegin()返回指向最后一个元素的迭代器。
rend()返回指向第一个元素所在位置前一个位置的迭代器。
cbegin()和 begin() 功能相同,只不过在其基础上,增加了 const 属性,不能用于修改元素。
cend()和 end() 功能相同,只不过在其基础上,增加了 const 属性,不能用于修改元素。
crbegin()和 rbegin() 功能相同,只不过在其基础上,增加了 const 属性,不能用于修改元素。
crend()和 rend() 功能相同,只不过在其基础上,增加了 const 属性,不能用于修改元素。
size()返回实际元素个数。
max_size()返回容器所能容纳元素个数的最大值。这通常是一个很大的值,一般是 232-1,我们很少会用到这个函数。
resize()改变实际元素的个数。
empty()判断容器中是否有元素,若无元素,则返回 true;反之,返回 false。
shrink _to_fit()将内存减少到等于当前元素实际所使用的大小。
at()使用经过边界检查的索引访问元素。
front()返回第一个元素的引用。
back()返回最后一个元素的引用。
assign()用新元素替换原有内容。
push_back()在序列的尾部添加一个元素。
push_front()在序列的头部添加一个元素。
pop_back()移除容器尾部的元素。
pop_front()移除容器头部的元素。
insert()在指定的位置插入一个或多个元素。
erase()移除一个元素或一段元素。
clear()移出所有的元素,容器大小变为 0。
swap()交换两个容器的所有元素。
emplace()在指定的位置直接生成一个元素。
emplace_front()在容器头部生成一个元素。和 push_front() 的区别是,该函数直接在容器头部构造元素,省去了复制移动元素的过程。
emplace_back()在容器尾部生成一个元素。和 push_back() 的区别是,该函数直接在容器尾部构造元素,省去了复制移动元素的过程。

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