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C++ STL deque容器(详解版)

deque 是 double-ended queue 的缩写,又称双端队列容器

前面章节中,我们已经系统学习了 vector 容器,值得一提的是,deque 容器和 vecotr 容器有很多相似之处,比如:
  • deque 容器也擅长在序列尾部添加或删除元素(时间复杂度为O(1)),而不擅长在序列中间添加或删除元素。
  • deque 容器也可以根据需要修改自身的容量和大小。

和 vector 不同的是,deque 还擅长在序列头部添加或删除元素,所耗费的时间复杂度也为常数阶O(1)。并且更重要的一点是,deque 容器中存储元素并不能保证所有元素都存储到连续的内存空间中

当需要向序列两端频繁的添加或删除元素时,应首选 deque 容器。

deque 容器以模板类 deque<T>(T 为存储元素的类型)的形式在 <deque> 头文件中,并位于 std 命名空间中。因此,在使用该容器之前,代码中需要包含下面两行代码:
#include <deque>
using namespace std;

注意,std 命名空间也可以在使用 deque 容器时额外注明,两种方式都可以。

创建deque容器的几种方式

创建 deque 容器,根据不同的实际场景,可选择使用如下几种方式。

1) 创建一个没有任何元素的空 deque 容器:
std::deque<int> d;
和空 array 容器不同,空的 deque 容器在创建之后可以做添加或删除元素的操作,因此这种简单创建 deque 容器的方式比较常见。

2) 创建一个具有 n 个元素的 deque 容器,其中每个元素都采用对应类型的默认值:
std::deque<int> d(10);
此行代码创建一个具有 10 个元素(默认都为 0)的 deque 容器。

3) 创建一个具有 n 个元素的 deque 容器,并为每个元素都指定初始值,例如:
std::deque<int> d(10, 5)
如此就创建了一个包含 10 个元素(值都为 5)的 deque 容器。

4) 在已有 deque 容器的情况下,可以通过拷贝该容器创建一个新的 deque 容器,例如:
std::deque<int> d1(5);
std::deque<int> d2(d1);
注意,采用此方式,必须保证新旧容器存储的元素类型一致。

5) 通过拷贝其他类型容器中指定区域内的元素(也可以是普通数组),可以创建一个新容器,例如:
//拷贝普通数组,创建deque容器
int a[] = { 1,2,3,4,5 };
std::deque<int>d(a, a + 5);
//适用于所有类型的容器
std::array<int, 5>arr{ 11,12,13,14,15 };
std::deque<int>d(arr.begin()+2, arr.end());//拷贝arr容器中的{13,14,15}

deque容器可利用的成员函数

基于 deque 双端队列的特点,该容器包含一些 array、vector 容器都没有的成员函数。

表 1 中罗列了 deque 容器提供的所有成员函数。

表 1 deque 容器的成员函数
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。

和 vector 相比,额外增加了实现在容器头部添加和删除元素的成员函数,同时删除了 capacity()、reserve() 和 data() 成员函数。

和 array、vector 相同,C++ 11 标准库新增的 begin() 和 end() 这 2 个全局函数也适用于 deque 容器。这 2 个函数的操作对象既可以是容器,也可以是普通数组。当操作对象是容器时,它和容器包含的 begin() 和 end() 成员函数的功能完全相同;如果操作对象是普通数组,则 begin() 函数返回的是指向数组第一个元素的指针,同样 end() 返回指向数组中最后一个元素之后一个位置的指针(注意不是最后一个元素)。

deque 容器还有一个std::swap(x , y) 非成员函数(其中 x 和 y 是存储相同类型元素的 deque 容器),它和 swap() 成员函数的功能完全相同,仅使用语法上有差异。

如下代码演示了表 1 中部分成员函数的用法:
#include <iostream>
#include <deque>
using namespace std;
int main()
{
    //初始化一个空deque容量
    deque<int>d;
    //向d容器中的尾部依次添加 1,2,3
    d.push_back(1); //{1}
    d.push_back(2); //{1,2}
    d.push_back(3); //{1,2,3}
    //向d容器的头部添加 0 
    d.push_front(0); //{0,1,2,3}

    //调用 size() 成员函数输出该容器存储的字符个数。
    printf("元素个数为:%d\n", d.size());
   
    //使用迭代器遍历容器
    for (auto i = d.begin(); i < d.end(); i++) {
        cout << *i << " ";
    }
    cout << endl;
    return 0;
}
运行结果为:

元素个数为:4
0 1 2 3

表 1 中这些成员函数的具体用法,后续学习用到时会具体讲解,感兴趣的读者,也可以通过查阅 STL手册做详细了解。

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