C++STL-stack&&queue的实现

1. deque的简单介绍

在前面已经介绍过stack和queue这两个容器适配器是由deque这个容器封装的。现在我们就需要先学习deque这个新容器。

1.1 deque的原理介绍

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。

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

双端队列底层是一段假象的连续空间实际是分段连续的。在这里我们假设每一段空间是10个如果我们想在尾部插入就这样

在头部插入是这样

在头部和尾部都有一个指针指向。那么在这里我们是如何管理这些空间的呢

其实是由一个指针数组来控制每次当一个buffer(存储数据的空间)满了的时扩容时就会在指针数组里添加一个地址。后面扩的就在指针数组的后面添加前面扩的就在指针数组前面添加。
当指针数组满了的时候指针数组继续扩容

但扩容的代价很少。

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

1.2 deque的优缺点

优点
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在扩容时不会浪费太多的空间也不需要搬移大量数据。
与list比较支持随机访问CPU高速缓存命中低。

缺点
1.中间插入删除效率不行
2.虽然支持随机访问但是效率比vector还是有差距的
3.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。

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listdeque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。

1.3 为什么选择deque作为底层默认容器

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
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。
所以如果遇到大量的头尾插入删除偶尔随机访问时我们可以使用deque。

2. stack的实现

首先它是这个样子的

它用这个类型来定义一个对象然后通过这个对象完成栈的相关操作。

3. queue的实现

queue也是一样的