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C++ deque容器有什么优势 双端队列的实现原理与应用

P粉602998670

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发布时间:2025-08-08 13:52:01

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来源于php中文网

原创

deque 相比 vector 的优势包括头尾插入删除效率高、内存分配更灵活、不容易出现内存碎片。① deque 在头部和尾部插入和删除元素的时间复杂度为 o(1),而 vector 仅在尾部高效;② deque 由多个固定大小的缓冲区组成,无需连续内存空间,避免了 vector 扩容时的大量内存拷贝;③ deque 的分段式结构在某些情况下比 vector 更容易管理内存,减少内存碎片。

C++ deque容器有什么优势 双端队列的实现原理与应用

C++ 中的

deque
(双端队列)作为一种常用的 STL 容器,相比
vector
list
,它在某些场景下有明显优势。尤其在频繁进行头部和尾部插入删除操作时,
deque
的表现更加高效。

C++ deque容器有什么优势 双端队列的实现原理与应用

deque
相比
vector
有哪些优势?

很多人在需要动态数组时会优先使用

vector
,但
deque
在某些方面更胜一筹:

  • 头尾插入删除效率高
    vector
    只能在尾部高效操作,而
    deque
    支持在头部和尾部快速插入和删除元素,时间复杂度为 O(1)。
  • 内存分配更灵活
    deque
    不要求一块连续的内存空间,而是由多个固定大小的缓冲区组成,这样可以避免
    vector
    扩容时的大量内存拷贝。
  • 不容易出现内存碎片:虽然
    deque
    也涉及内存分配,但它的分段式结构在某些情况下比
    vector
    更容易管理内存。

但需要注意的是,

deque
的随机访问效率略低于
vector
,因为不是完全连续存储。

立即学习C++免费学习笔记(深入)”;

C++ deque容器有什么优势 双端队列的实现原理与应用

deque
的实现原理是怎样的?

deque
的内部结构并不是一个简单的链表,也不是一块连续内存,而是采用分段连续空间的方式实现:

  • 它由多个小块连续内存(缓冲区)组成,每个缓冲区存储一定数量的元素。
  • 有一个中控器(map)来记录这些缓冲区的位置,方便快速定位。
  • 当在头部或尾部插入元素时,只需要在对应的缓冲区操作,如果缓冲区满了,就申请一个新的缓冲区。

这种结构使得

deque
能在保证随机访问效率的同时,也支持高效的两端插入与删除。

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C++ deque容器有什么优势 双端队列的实现原理与应用

举个例子:
假设每个缓冲区能存 8 个元素,当我们在头部插入元素时,只要头部缓冲区还有空间,就可以直接插入,不需要移动其他元素。如果满了,就新建一个缓冲区挂在前面。


deque
适合哪些应用场景?

deque
的优势让它在以下几种场景中非常实用:

  • 实现双端队列结构:比如需要频繁从头部和尾部插入或删除元素的场景,例如任务调度、滑动窗口等问题。
  • 作为队列或栈的底层实现:虽然
    queue
    stack
    都可以用
    deque
    作为底层容器,而且效率比
    list
    更好。
  • 处理数据流中的滑动窗口问题:比如滑动窗口最大值、滑动窗口中位数等算法题,
    deque
    常用于维护窗口内的有序结构。

例如在滑动窗口最大值问题中,我们通常用

deque
来保存窗口中可能成为最大值的元素索引,这样可以高效地维护当前窗口的最大值。


使用
deque
时需要注意什么?

虽然

deque
有很多优点,但也有一些细节需要注意:

  • 迭代器失效问题:当在头部或尾部插入元素时,可能会导致缓冲区切换,但标准库保证了只有受影响的迭代器失效,其他仍可用。
  • 不支持
    capacity()
    :不像
    vector
    capacity()
    可以查看容量,
    deque
    没有这个函数,每次扩容更灵活但也更难预估性能。
  • 内存占用略高:由于使用了多个缓冲区和中控器,
    deque
    的内存开销会比
    vector
    略大一些。

如果你需要频繁在两端操作,并且不太关心内存占用,

deque
是个不错的选择;但如果你需要频繁随机访问,或者希望内存更紧凑,那
vector
可能更适合。


基本上就这些。

deque
的优势很明显,但也要根据具体需求选择合适的容器。

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