STL之deque容器代码详解

1 基础概念

功能：

双端数组，可以对头端进行插入删除操作。

deque与vector区别：

• vector对于头部的插入删除效率低，数据量越大，效率越低。

• deque相对而言，对头部的插入删除速度回比vector快。

• vector访问元素时的速度会比deque快,这和两者内部实现有关。

deque内部工作原理:

• deque内部有个中控器，维护每段缓冲区中的内容，缓冲区中存放真实数据。

• 中控器维护的是每个缓冲区的地址，使得使用deque时像一片连续的内存空间。

• deque容器的迭代器也是支持随机访问的。

2 代码解释

Talk is cheap, show me the code.

#include<iostream>
using namespace std;
#include<deque>
#include<algorithm>void printDeque(const deque<int>& dd)
{//注意这里的只读迭代器的操作for (deque<int>::const_iterator it = dd.begin(); it != dd.end(); it++){cout << *it << " ";}cout << endl;
}/*
构造函数原型：
deque<T> deqT; //默认构造形式
deque(beg, end); //构造函数将[beg, end)区间中的元素拷贝给本身。
deque(n, elem); //构造函数将n个elem拷贝给本身。
deque(const deque &deq); //拷贝构造函数
*/void test01()
{deque<int> d1;for (int i = 0; i < 10; i++){d1.push_back(i);}printDeque(d1);deque<int> d2(d1.begin(), d1.end());printDeque(d2);deque<int> d3(10, 88);printDeque(d3);deque<int> d4(d3);printDeque(d4);}/*
赋值函数原型：
deque& operator=(const deque &deq); //重载等号操作符
assign(beg, end); //将[beg, end)区间中的数据拷贝赋值给本身。
assign(n, elem); //将n个elem拷贝赋值给本身。
*/void test02()
{deque<int> d1;for (int i = 0; i < 10; i++){d1.push_back(i);}deque<int> d2;d2 = d1;printDeque(d2);deque<int> d3;d3.assign(d2.begin(), d2.end());printDeque(d3);deque<int> d4;d4.assign(10, 88);printDeque(d4);
}/*
大小操作函数原型：
deque.empty(); //判断容器是否为空
deque.size(); //返回容器中元素的个数
deque.resize(num); //重新指定容器的长度为num,若容器变长，则以默认值填充新位置。
//如果容器变短，则末尾超出容器长度的元素被删除。
deque.resize(num, elem); //重新指定容器的长度为num,若容器变长，则以elem值填充新位置。
//如果容器变短，则末尾超出容器长度的元素被删除。
*/// 我们发现跟vector相比没有了capacity容量相关的操作，因为可以无限地扩展，只需要有一段地址来维护空间void test03()
{deque<int> d1;for (int i = 0; i < 10; i++){d1.push_back(i);}printDeque(d1);if (d1.empty()){cout << "EMPTY" << endl;}else{cout << d1.size() << endl;}d1.resize(20, 999);printDeque(d1);
}/*
插入和删除函数原型：
两端插入操作：
push_back(elem); //在容器尾部添加一个数据
push_front(elem); //在容器头部插入一个数据
pop_back(); //删除容器最后一个数据
pop_front(); //删除容器第一个数据
指定位置操作：
insert(pos,elem); //在pos位置插入一个elem元素的拷贝，返回新数据的位置。
insert(pos,n,elem); //在pos位置插入n个elem数据，无返回值。
insert(pos,beg,end); //在pos位置插入[beg,end)区间的数据，无返回值。
clear(); //清空容器的所有数据
erase(beg,end); //删除[beg,end)区间的数据，返回下一个数据的位置。
erase(pos); //删除pos位置的数据，返回下一个数据的位置。
*/void test04()
{deque<int> d1;d1.push_back(100);d1.push_back(100);d1.push_back(100);d1.push_back(100);d1.push_back(100);d1.push_back(100);printDeque(d1);d1.push_front(200);printDeque(d1);d1.pop_back();printDeque(d1);d1.pop_front();printDeque(d1);d1.insert(d1.begin() + 2, 5, 1000);printDeque(d1);d1.insert(d1.end() - 1, d1.begin(), d1.end());printDeque(d1);d1.erase(d1.begin()+1);printDeque(d1);d1.clear();printDeque(d1);}/*
数据存取函数原型：
at(int idx); //返回索引idx所指的数据
operator[]; //返回索引idx所指的数据
front(); //返回容器中第一个数据元素
back(); //返回容器中最后一个数据元素
*/void test05()
{deque<int> d1;for (int i = 0; i < 10; i++){d1.push_back(i);}printDeque(d1);cout << d1.at(2) << endl;cout << d1[2] << endl;cout << d1.front() << endl;cout << d1.back() << endl;
}/*
排序算法：
sort(iterator beg, iterator end) //对beg和end区间内元素进行排序
*/void test06()
{deque<int> d1;d1.push_back(10);d1.push_back(20);d1.push_back(15);d1.push_front(89);d1.push_front(78);d1.push_front(99);printDeque(d1);sort(d1.begin(), d1.end());printDeque(d1);
}int main()
{test01();test02();test03();test04();test05();test06();system("pause");return 0;
}

3 应用场景

C++标准模板库（STL）中的deque（双端队列）容器是一种支持在两端高效插入和删除操作的数据结构。它在实际项目中有许多应用场景，其中一些例子包括：

1. 任务调度队列： 在多线程或并发编程中，deque可以用作任务调度队列。新任务可以在队列的前端或后端插入，而工作线程可以从队列的另一端获取任务执行。这种方式允许高效的任务调度和分发。

   #include <deque>
   #include <mutex>
   #include <thread>std::deque<Task> taskQueue;
   std::mutex queueMutex;void AddTask(const Task& task) {std::lock_guard<std::mutex> lock(queueMutex);taskQueue.push_back(task);
   }Task GetTask() {std::lock_guard<std::mutex> lock(queueMutex);Task task = taskQueue.front();taskQueue.pop_front();return task;
   }
   

2. 实时数据流处理： 在需要高性能数据流处理的应用中，deque可以用于缓存数据，支持快速的数据插入和删除。这对于实时数据处理系统（如金融数据处理或传感器数据处理）非常有用。

   #include <deque>
   #include <iostream>void ProcessData(std::deque<Data>& dataQueue) {// 实时数据处理逻辑while (!dataQueue.empty()) {Data currentData = dataQueue.front();dataQueue.pop_front();// 处理数据...}
   }
   

3. 存储历史记录： 在需要保留最近N个元素的场景中，deque可以用于实现一个固定大小的历史记录缓存。新元素可以从一端插入，而旧元素可以从另一端删除，以保持缓存的大小。

   #include <deque>
   #include <iostream>const int MaxHistorySize = 10;
   std::deque<Record> historyDeque;void AddToHistory(const Record& record) {historyDeque.push_back(record);if (historyDeque.size() > MaxHistorySize) {historyDeque.pop_front();}
   }
   

4. 实现高效的双端队列： 当需要在两端执行频繁插入和删除操作时，使用deque而不是vector可能更为高效，因为deque的设计允许在两端进行快速操作，而vector在插入或删除头部元素时的性能较差。

总的来说，deque是一个灵活的数据结构，适用于许多不同的应用场景，其中需要高效支持两端操作的情况。

4 实际用例

下面是一个简单的示例，演示了使用deque相对于vector在频繁插入和删除操作时的优势。这个示例模拟一个实时日志系统，其中日志消息被不断添加到队列，并定期删除旧的日志消息，以保持队列的大小。

#include <iostream>
#include <deque>
#include <ctime>
#include <cstdlib>struct LogMessage {std::string message;time_t timestamp;
};class RealTimeLogger {
public:void AddLog(const std::string& message) {LogMessage log;log.message = message;log.timestamp = std::time(nullptr);logQueue.push_back(log);}void PruneOldLogs() {const int MaxLogCount = 5;while (logQueue.size() > MaxLogCount) {logQueue.pop_front();}}void PrintLogs() {for (const auto& log : logQueue) {std::cout << "[" << log.timestamp << "] " << log.message << std::endl;}std::cout << std::endl;}private:std::deque<LogMessage> logQueue;
};int main() {RealTimeLogger logger;// 模拟日志生成for (int i = 0; i < 10; ++i) {logger.AddLog("Log message #" + std::to_string(i));logger.PruneOldLogs();logger.PrintLogs();}return 0;
}

在这个示例中，RealTimeLogger类使用deque作为存储日志消息的容器。在每次添加日志消息时，它会执行PruneOldLogs方法来删除旧的消息，以保持队列的大小。由于deque支持在两端高效地进行插入和删除操作，这个实现在频繁添加和删除日志消息时的性能表现更好。

当使用vector时，由于在头部删除元素的代价相对较高，性能可能不如deque。在实际项目中，这种优势可能在需要处理大量实时数据的场景下更为明显，例如日志记录、事件处理等。