C++之deque

一、vector与list的优缺点

vector的优点：下标的随机访问，尾插，尾删效率高。CPU高速缓存命中率高
vector的缺点：扩容(效率，空间浪费)，不适合头插头删。

连续的物理空间为他带来了优点也带来了缺点，可谓成也萧何败也萧何

list的优点：按需申请和释放空间，任意位置O(1)的插入删除
list的缺点：不支持下标的随机访问

那有没有一种容器既有vector的优点又有list的优点呢，于是deque被大佬们研究出来。

deque 叫做双端队列，但是它不是队列。它设计的初衷是融合vector和list的优点，组成一个全新的容器，大有替代vector和list的趋势。

二、deque的简单介绍

1.deque的接口

不能看出，从它的接口角度就可以看出它想要替代掉vector和list。但是它失败了，因为它四不像，vector和list在它俩的优点方面做到了极致。deque是啥都会一点，但是不精通。

但是deque 也不是完全没用，栈和队列用它刚刚好。或者有时候你既要头插头删，尾插尾删，又随机访问的时候用它也挺好。

2.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：

deque这一段段连续的空间就叫做buffer，假设一个buffer里放8个数据就满了，满了以后我就扩容，我再去找一个buffer，物理上虽然不是连续的，但逻辑上他俩是连续的。头插的话，我还是再开上一个buffer，这样就解决了vector的头插和尾插，及空间连续的问题。

然后还设计了一个中控指针数组进行管理这些buffer，比如我开第一个buffer的时候，把这个buffer的指针存在中间位置，头插就在前面位置存一个buffer的地址，尾插就在它后面存一个buffer的地址

如何支持随机访问呢？

假设每个buffer里是8个数据，进行deque[i]操作的时候，首先看i是不是小于第一个buffer的值，如果大于就进行/看是在第几个buffer里，然后%8看是在buffer里的第几个值，进行判断越界。所以这个随机也不是很随，因为他要进行很多的运算。所以如果要频繁的调用[]就不太好了，但是比起list有比较好。

而且deque在中间位置进行插入和删除也很麻烦，且栈和队列也不需要在中间位置进行插入与删除

那 deque 是如何借助其迭代器维护其假想连续的结构呢？

中控的指针数组的迭代器里有四个指针，两个指针指向指针的开始和结束一个指针指向当前访问的位置，迭代器++就是cur++，当cur等于last的时候就结束，解引用迭代器就是取cur这个位置。当cur等于last结束时跳转下一个buffer的时候，就通过这个node指针，node存储的是指针数组的地址，对node++就找到下一个位置了，也就是下一个buffer。

3.deque的缺陷

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 ，而且在 扩容时，也不 需要搬移大量的元素 ，因此其效率是必 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。

但是， deque 有一个致命缺陷：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，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 。

4. 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 。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，浪费空间也不多 ) ；stack中的元素增长时，deque相比list,cpu高速cache命中。其次不会频繁申请小空间。申请和释放空间次数少，代价低。在queue的元素增长时，同样相比list,cpu高速cache命中。其次不会频繁申请小空间。申请和释放空间次数少，代价低。

所以deque作为stack和queue的默认容器是完胜的。

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