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cpp_stl_deque

05 Jun 2020

C++ 标准库中的双端队列

1. 概述

deque（双端队列）是由一段一段的定量连续空间构成，可以向两端发展，因此不论在尾部或头部安插元素都十分迅速。但在中间部分安插元素则比较费时，因为必须移动其它元素。

2. 定义及初始化

使用之前必须加相应容器的头文件：

#include <deque> // deque 属于 std 命名域的，因此需要通过命名限定，例如 using std::deque;

定义的实现代码如下：

deque<int> a; // 定义一个int类型的双端队列 a
deque<int> a(10); // 定义一个 int 类型的双端队列 a，并设置初始大小为 10
deque<int> a(10, 1); // 定义一个 int 类型的双端队列 a，并设置初始大小为 10 且初始值都为 1
deque<int> b(a); // 定义并用双端队列 a 初始化双端队列 b
deque<int> b(a.begin(), a.begin()+3); // 将双端队列a中从第 0个 到第 2 个(共 3 个)作为双端队列 b的初始值

除此之外，还可以直接使用数组来初始化：

int n[] = { 1, 2, 3, 4, 5 };
// 将数组 n 的前 5 个元素作为双端队列a的初值
deque<int> a(n, n + 5); 
deque<int> a(&n[1], &n[4]); // 将n[1]、n[2]、n[3]作为双端队列a的初值

3. 基本操作函数

3.1 容量函数

  • 容器大小：deq.size();
  • 容器最大容量：deq.max_size();
  • 更改容器大小：deq.resize();
  • 容器判空：deq.empty();
  • 减少容器大小到满足元素所占存储空间的大小：deq.shrink_to_fit();
#include <iostream>
#include <deque>

using namespace std;

int main(int argc, char* argv[])
{
	deque<int> deq;
	for (int i = 0; i<6; i++)
	{
		deq.push_back(i);
	}

	cout << deq.size() << endl; // 输出：6
	cout << deq.max_size() << endl; // 输出：1073741823
	deq.resize(0); // 更改元素大小
	cout << deq.size() << endl; // 输出：0
	if (deq.empty())
		cout << "元素为空" << endl; // 输出：元素为空

	return 0;
}

3.2 添加函数

  • 头部添加元素：deq.push_front(const T& x);
  • 末尾添加元素：deq.push_back(const T& x);
  • 任意位置插入一个元素：deq.insert(iterator it, const T& x);
  • 任意位置插入 n 个相同元素：deq.insert(iterator it, int n, const T& x);
  • 插入另一个向量的 [first,last] 间的数据：deq.insert(iterator it, iterator first, iterator last);
#include <iostream>
#include <deque>

using namespace std;

int main(int argc, char* argv[])
{
	deque<int> deq;
	// 头部增加元素
	deq.push_front(4);
	// 末尾添加元素
	deq.push_back(5);
	// 任意位置插入一个元素
	deque<int>::iterator it = deq.begin();
	deq.insert(it, 2);
	// 任意位置插入n个相同元素
	it = deq.begin(); // 必须要有这句
	deq.insert(it, 3, 9);
	// 插入另一个向量的[first,last]间的数据
	deque<int> deq2(5,8);
	it = deq.begin(); // 必须要有这句
	deq.insert(it, deq2.end() - 1, deq2.end());

	// 遍历显示
	for (it = deq.begin(); it != deq.end(); it++)
		cout << *it << " "; // 输出：8 9 9 9 2 4 5
	cout << endl;

	return 0;
}

3.3 删除函数

  • 头部删除元素：deq.pop_front();
  • 末尾删除元素：deq.pop_back();
  • 任意位置删除一个元素：deq.erase(iterator it);
  • 删除 [first,last] 之间的元素：deq.erase(iterator first, iterator last);
  • 清空所有元素：deq.clear();
#include <iostream>
#include <deque>

using namespace std;

int main(int argc, char* argv[])
{
	deque<int> deq;
	for (int i = 0; i < 8; i++)
		deq.push_back(i);

	// 头部删除元素
	deq.pop_front();
	// 末尾删除元素
	deq.pop_back();
	// 任意位置删除一个元素
	deque<int>::iterator it = deq.begin();
	deq.erase(it);
	// 删除[first,last]之间的元素
	deq.erase(deq.begin(), deq.begin()+1);

	// 遍历显示
	for (it = deq.begin(); it != deq.end(); it++)
		cout << *it << " ";
	cout << endl;

	// 清空所有元素
	deq.clear();

	// 遍历显示
	for (it = deq.begin(); it != deq.end(); it++)
		cout << *it << " "; // 输出：3 4 5 6
	cout << endl;

	return 0;
}

3.4 访问函数

  • 下标访问：deq[1]; // 并不会检查是否越界
  • at 方法访问：deq.at(1); // 以上两者的区别就是 at 会检查是否越界，是则抛出 out of range 异常
  • 访问第一个元素：deq.front();
  • 访问最后一个元素：deq.back();
#include <iostream>
#include <deque>

using namespace std;

int main(int argc, char* argv[])
{
	deque<int> deq;
	for (int i = 0; i < 6; i++)
		deq.push_back(i);

	// 下标访问
	cout << deq[0] << endl; // 输出：0
	// at方法访问
	cout << deq.at(0) << endl; // 输出：0
	// 访问第一个元素
	cout << deq.front() << endl; // 输出：0
	// 访问最后一个元素
	cout << deq.back() << endl; // 输出：5

	return 0;
}

3.5 其他函数

  • 多个元素赋值：deq.assign(int nSize, const T& x); // 类似于初始化时用数组进行赋值
  • 交换两个同类型容器的元素：swap(deque&);
#include <iostream>
#include <deque>

using namespace std;

int main(int argc, char* argv[])
{
	// 多个元素赋值
	deque<int> deq;
	deq.assign(3, 1);
	deque<int> deq2;
	deq2.assign(3, 2);

	// 交换两个容器的元素
	deq.swap(deq2);

	// 遍历显示
	cout << "deq: ";
	for (int i = 0; i < deq.size(); i++)
		cout << deq[i] << " "; // 输出：2 2 2
	cout << endl;

	// 遍历显示
	cout << "deq2: ";
	for (int i = 0; i < deq2.size(); i++)
		cout << deq2[i] << " "; // 输出：1 1 1
	cout << endl;

	return 0;
}

4. 迭代器与算法

4.1 迭代器

  • 开始迭代器：deq.begin();
  • 末尾迭代器：deq.end(); // 指向最后一个元素的下一个位置
  • 指向常量的开始迭代器：deq.cbegin(); // 意思就是不能通过这个迭代器来修改所指的内容，但还是可以通过其他方式修改的，而且迭代器也是可以移动的。
  • 指向常量的末尾迭代器：deq.cend();
  • 反向迭代器，指向最后一个元素：deq.rbegin();
  • 反向迭代器，指向第一个元素的前一个元素：deq.rend();
#include <iostream>
#include <deque>

using namespace std;

int main(int argc, char* argv[])
{
	deque<int> deq;
	deq.push_back(1);
	deq.push_back(2);
	deq.push_back(3);

	cout << *(deq.begin()) << endl; // 输出：1
	cout << *(--deq.end()) << endl; // 输出：3
	cout << *(deq.cbegin()) << endl; // 输出：1
	cout << *(--deq.cend()) << endl; // 输出：3
	cout << *(deq.rbegin()) << endl; // 输出：3
	cout << *(--deq.rend()) << endl; // 输出：1
	cout << endl;

	return 0;
}

4.2 算法

遍历元素

deque<int>::iterator it;
for (it = deq.begin(); it != deq.end(); it++)
    cout << *it << endl;
// 或者
for (int i = 0; i < deq.size(); i++) {
    cout << deq.at(i) << endl;
}

元素翻转

#include <algorithm>
reverse(deq.begin(), deq.end());

元素排序

#include <algorithm>
sort(deq.begin(), deq.end()); // 采用的是从小到大的排序

// 如果想从大到小排序，可以采用先排序后反转的方式，也可以采用下面方法:
// 自定义从大到小的比较器，用来改变排序方式
bool cmp(const int& a, const int& b) {
    return a > b;
}

sort(deq.begin(), deq.end(), cmp);

5. 总结

可以看到，deque 与 vector 的用法基本一致，除了以下几处不同：

  • deque 没有 capacity() 函数，而 vector 有；
  • deque 有 push_front() 和 pop_front() 函数，而 vector 没有；
  • deque 没有 data() 函数，而 vector 有。

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