1 deque相关头文件
deque deque.h stl_deque.h复制代码
2 deque的数据结构
deque为双向队列，同时支持从队首和队尾插入和弹出值。其数据结构分为两部分，如下图所示：
- 连续缓冲区_M_map, 元素类型为——Tp*。如果元素值不为NULL，则指向某个内存块；deque中使用__nstart(二级指针类型__Tp**)指向第一个内存块对应的数组元素;__nfinish指向最后一个内存块对应的数组元素
- 一系列定长(512 Byte)的内存块，又可称为节点(node)。
代码如下，_Tp表示deque中元素类型，_Alloc为内存分配器类型。_M_map_size表示当前连续缓冲区_M_map的长度，即最多能容纳多少个node。迭代器_M_start指向deque的左确界，对应队首值。迭代器_M_finish指向deque的右虚界。
template <class _Tp, class _Alloc>class _Deque_base {
...protected:
_Tp** _M_map; size_t _M_map_size;
iterator _M_start;
iterator _M_finish;
...
}复制代码3 deque的迭代器
deque的迭代器属于random_access_iterator, 支持随机访问
其中_M_cur指向当前内存块node中当前值的位置，_M_first指向当前内存块node的首地址，_M_last指向当前内存块的虚边界
template <class _Tp, class _Ref, class _Ptr>struct _Deque_iterator {
typedef _Deque_iterator<_Tp, _Tp&, _Tp*> iterator; typedef _Deque_iterator<_Tp, const _Tp&, const _Tp*> const_iterator; static size_t _S_buffer_size() { return __deque_buf_size(sizeof(_Tp)); }
... typedef _Tp** _Map_pointer;
...
_Tp* _M_cur;
_Tp* _M_first;
_Tp* _M_last;
_Map_pointer _M_node;
_Deque_iterator(_Tp* __x, _Map_pointer __y)
: _M_cur(__x), _M_first(*__y),
_M_last(*__y + _S_buffer_size()), _M_node(__y) {}复制代码3.1 构造
迭代器的构造函数中，传入queue中_M_map中元素地址__y，和指向内存块node中值的地址__x，初始化_M_cur, _M_first, _M_last和_M_node。
template <class _Tp, class _Ref, class _Ptr>struct _Deque_iterator {
typedef _Deque_iterator<_Tp, _Tp&, _Tp*> iterator; typedef _Deque_iterator<_Tp, const _Tp&, const _Tp*> const_iterator; static size_t _S_buffer_size() { return __deque_buf_size(sizeof(_Tp)); }
... typedef _Tp** _Map_pointer;
...
_Tp* _M_cur;
_Tp* _M_first;
_Tp* _M_last;
_Map_pointer _M_node;
_Deque_iterator(_Tp* __x, _Map_pointer __y)
: _M_cur(__x), _M_first(*__y),
_M_last(*__y + _S_buffer_size()), _M_node(__y) {}复制代码3.2 operator++
首先判断迭代器当前位置是否为node尾部，如果是，则跳转至右相邻node头部，否则_M_cur自增1
代码如下，其中_M_set_node重新指定iterator当前内存块为_M_node+1，重置_M_first和_M_last
_Self& operator++() {
++_M_cur;if (_M_cur == _M_last) {
_M_set_node(_M_node + 1);
_M_cur = _M_first;
}return *this;
}
void _M_set_node(_Map_pointer __new_node) {
_M_node = __new_node;
_M_first = *__new_node;
_M_last = _M_first + difference_type(_S_buffer_size());
复制代码3.3 operator--
首先判断迭代器当前位置是否在当前node头部，如果是，则跳转至左相邻node的头部，否则_M_curr自减1
_Self& operator--() {if (_M_cur == _M_first) {
_M_set_node(_M_node - 1);
_M_cur = _M_last;
}
--_M_cur;return *this;
}复制代码3.4 operator+=
计算目标位置相对于本node头部的偏移量，判断：
- 偏移量 < node大小，说明目标位置在本node内，_M_curr自增n
- 偏移量 >= node大小，说明目标位置不在本node内，分别计算node偏移量和_M_curr偏移量，并更新iterator状态
_Self& operator+=(difference_type __n)
{
difference_type __offset = __n + (_M_cur - _M_first);if (__offset >= 0 && __offset < difference_type(_S_buffer_size()))
_M_cur += __n;else {
difference_type __node_offset =
__offset > 0 ? __offset / difference_type(_S_buffer_size())
: -difference_type((-__offset - 1) / _S_buffer_size()) - 1;
_M_set_node(_M_node + __node_offset);
_M_cur = _M_first +
(__offset - __node_offset * difference_type(_S_buffer_size()));
}return *this;
}复制代码4 deque的扩缩策略
4.1 push_front和push_back
pop_front在队列头部压入值, pop_back在队列尾部压入值。push_front和push_back是对称操作，区别只在于方向不同。流程如下
执行时分为以下几种情况：
- 头部/尾部node中是否有可用空间，如果是，则直接用于容纳新值，否则走2.
- deque map头部/尾部是否有可用空间，如果是，则创建新node容纳新值，否则走3.
- deque map中剩余空间是否超过一半，如果是，则右移/左移所有node, 给deque map头部/尾部腾出空间，然后走2.; 否则走4.
- 重新申请更大的deque map空间，复制旧map上的node到新map, 继续走2.
void push_back(const value_type& __t) {if (_M_finish._M_cur != _M_finish._M_last - 1) {
construct(_M_finish._M_cur, __t);
++_M_finish._M_cur;
}else _M_push_back_aux(__t);
}
template <class _Tp, class _Alloc>void deque<_Tp,_Alloc>::_M_push_back_aux()
{
_M_reserve_map_at_back();
*(_M_finish._M_node + 1) = _M_allocate_node();
__STL_TRY {
construct(_M_finish._M_cur);
_M_finish._M_set_node(_M_finish._M_node + 1);
_M_finish._M_cur = _M_finish._M_first;
}
__STL_UNWIND(_M_deallocate_node(*(_M_finish._M_node + 1)));
}复制代码4.2 pop_front和pop_back
pop_front在队列头部弹出值, pop_back在队列尾部弹出值。 分两种情况:
- 更新_M_start或者_M_finish之后仍在原node内，析构对象即可。
- 更新_M_start或者_M_finish之后不在原node内，不仅要析构对象，还要释放node
void pop_back() {if (_M_finish._M_cur != _M_finish._M_first) {
--_M_finish._M_cur;
destroy(_M_finish._M_cur);
}else _M_pop_back_aux();
}// Called only if _M_finish._M_cur == _M_finish._M_first.template <class _Tp, class _Alloc>void deque<_Tp,_Alloc>::_M_pop_back_aux()
{
_M_deallocate_node(_M_finish._M_first);
_M_finish._M_set_node(_M_finish._M_node - 1);
_M_finish._M_cur = _M_finish._M_last - 1;
destroy(_M_finish._M_cur);复制代码4.3 insert
分三种情况：
- 插入位置在头部，等效于push_front
- 插入位置在尾部，等效于push_back
- 插入位置既非头部，又非尾部，判断插入位置在前半部分还是后半部分：
- 前半部分： 执行push_front(front()), deque map前半部分左移，插入位置上构造对象。
- 后半部分：执行push_back(back()), deque map后半部分右移，插入位置上构造对象
iterator insert(iterator position, const value_type& __x) {if (position._M_cur == _M_start._M_cur) {
push_front(__x); return _M_start;
}else if (position._M_cur == _M_finish._M_cur) {
push_back(__x);
iterator __tmp = _M_finish;
--__tmp; return __tmp;
}else { return _M_insert_aux(position, __x);
}
}复制代码4.4 erase
判断擦除位置pos在前半部分还是后半部分
- 前半部分：pos之前部分右移，然后执行pop_front
- 后半部分：pos之后部分左移，然后执行pop_back
iterator erase(iterator __pos) {
iterator __next = __pos;
++__next;
difference_type __index = __pos - _M_start;if (size_type(__index) < (this->size() >> 1)) {
copy_backward(_M_start, __pos, __next);
pop_front();
}else {
copy(__next, _M_finish, __pos);
pop_back();
}return _M_start + __index;
}复制代码5 deque的适用场景
- 双端队列适合从两端增加和删除数据。不过在极端条件下，会产生节点申请和释放，以及deque map的复制。
- 对随机读写的支持较好，但是效率上不如vector, 因为索引到值的映射需要基于deque map进行计算。
- 对中间插入和删除不友好，因为可造成多次_Tp对象的copy操作。因为insert和erase使用了push(pop)_front(back)``, 因此极端条件下，也会出现1.`中的情况。
6 queue/stack/queue的关系
queue和stack中缺省底层数据结构是deque
template <class _Tp, class _Sequence __STL_DEPENDENT_DEFAULT_TMPL(deque<_Tp>) >class queue;template <class _Tp, class _Sequence __STL_DEPENDENT_DEFAULT_TMPL(deque<_Tp>) >class stack;复制代码
当然你也可以自己实现支持front() back() push_front() pop_front() push_back() pop_back()等接口的_Sequence容器，不过建议还是用默认设置，除非能保证你实现的_Sequence在性能能够超过deque
queue等效于隐藏了接口push_front和pop_back的deque, 而stack等效于隐藏了接口push_front和pop_front的deque。 仅此而已，所以要研究queue和stack的实现，最关键的还是弄清楚deque
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