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C++ deque双端队列用法_C++ deque与vector的底层实现差异

尼克

尼克

发布时间:2025-12-02 08:29:02

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来源于php中文网

原创

deque在两端插入删除操作上优于vector,适用于频繁首尾增删场景;其采用分段连续存储,通过中控数组管理缓冲区,支持随机访问但效率略低;与vector不同,deque无capacity和reserve,内存按需分配,迭代器失效规则更复杂;若需连续内存或高频尾部操作选vector,若需高效首尾操作则选deque。

c++ deque双端队列用法_c++ deque与vector的底层实现差异

deque(双端队列)是C++ STL中一种支持在首尾两端高效插入和删除的序列容器。与vector相比,它在某些操作上具有性能优势,尤其适用于频繁在头部增删元素的场景。

deque的基本用法

deque的使用方式与vector非常相似,支持随机访问、动态扩容,同时还能在常数时间内在头部插入或删除元素。

常用操作示例:
  • 包含头文件: #include
  • 声明: std::deque dq;
  • 尾部操作: dq.push_back(10); dq.pop_back();
  • 头部操作: dq.push_front(5); dq.pop_front();
  • 随机访问: dq[0], dq.at(1), *dq.begin()
  • 大小相关: dq.size(), dq.empty(), dq.clear()

与vector不同,deque没有提供capacity()和reserve()函数,因为它不需要连续存储空间的预留机制。

deque与vector的底层实现差异

两者虽然都支持随机访问,但内部结构完全不同,这直接影响了它们的性能特征和适用场景。

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vector的底层实现:
  • 使用一段连续的内存空间存储元素。
  • 当容量不足时,会分配更大的连续空间,并将原有数据复制过去,释放旧空间。
  • 尾部插入通常是O(1),但扩容时为O(n);头部插入为O(n),因为需要整体后移。
  • 迭代器失效:只要发生扩容,所有迭代器都会失效。
deque的底层实现:
  • 采用分段连续存储,由多个固定大小的缓冲区组成,通过一个“中控数组”管理这些块。
  • 每个缓冲区存放若干元素,新元素可在前或后添加新的缓冲区。
  • 头尾插入均为摊还O(1),无需移动已有元素。
  • 支持随机访问,但访问效率略低于vector,因需通过中控数组定位具体块。
  • 迭代器失效规则更复杂:插入操作可能导致部分迭代器失效,但不会像vector那样全部失效。

使用建议与选择依据

根据实际需求选择合适的容器,能显著提升程序性能。

  • 如果主要在尾部操作,且需要频繁随机访问,vector是首选。它的缓存局部性更好,访问更快。
  • 若经常在头部插入/删除元素,deque明显优于vector,避免大量数据搬移。
  • 不需要预分配额外空间,deque按需分配缓冲区,内存利用率更灵活。
  • 注意:deque不保证所有元素在一块连续内存中,因此不能像vector那样传给期望连续数组的C接口。

基本上就这些。理解底层差异有助于写出更高效的代码。deque的设计牺牲了一点访问速度,换来了两端操作的灵活性。

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