[STL]deque和stack、queue

      怎麼說呢，deque是一種雙向開口的連續線性空間，至少邏輯上看上去是這樣。然而事實上卻沒有那麼簡單，準確來講deque實際上是一種分段連續空間，所以其實現以及各類操做比vector複雜的多。

 

一.deque的中控器

      deque是有一段一段的定量連續空間構成，採用一塊所謂的map（固然不是map容器）做爲主控。map是一小塊連續空間，其中每個元素都是一個指針，指向另外一段連續性空間（緩衝區）。緩衝區纔是deque的儲存空間主體。咱們能夠指定緩衝區大小，默認值0表示使用512字節緩衝區。deque設計結構以下圖所示：

 

二.deque的數據結構

      deque除了維護map的指針外，也要維護start，finish兩個迭代器，分別指向第一緩衝區的第一個元素和最後緩衝區的最後一個元素（的下一個位置）。此外，它還要記錄當前map的大小，由於當map結點不夠的時候，須要另外配置一個更大的map，計算其大小須要知道當前map的大小（源碼爲：new_map_size=map_size+max(map_size,nodes_to_add)+2;）。deque數據結構以下：

class deque
{
public:
	typedef T value_type;
	typedef valude_type *pointer;
	typedef size_f size_type;
public: //迭代器
	typedef __deque_iterator<T,T&,T*,BufSiz> iterator;
protected: //元素的指針的指針
	typedef pointer *map_pointer;
protected: 
	iterator start; 
	iterator finish;
	map_pointer map;
	size_type map_size; //map中指針個數
...
};

 

三.deque的成員函數

      考慮到deque的特殊結構，因此實現deque的各類操做都至關瑣碎複雜。最關鍵的就是判斷是否已經處於緩衝區邊緣，若是是，一旦前進或後退就必須跳躍至下一個或上一個緩衝區。還有一個重要問題就是當map前端或尾端備用空間不足時就要從新配置新map（配置更大的，拷貝原來的，釋放原來的），下面的push_back()和push_front()等函數都須要先判斷。下面分別解釋deque的各個成員函數。

• push_back()：當最後緩衝區有兩個（含）以上的空間，直接在緩衝區增長新元素；當最後緩衝區只剩一個備用空間時，push_back()調用push_back_aux()，先配置一個新的緩衝區，而後再在那個僅剩的備用空間定義新元素，並更改finish的狀態，令其指向新結點。
• push_front()：當第一緩衝區有備用空間時，直接在備用空間增長新元素；當第一緩衝區無備用空間時，調用push_front_aux()配置新結點（緩衝區），增長新元素，並改變start狀態。
• pop_back()：當最後緩衝區有一個（含）以上元素，就將finish向前移一位並將最後那個元素析構掉；當最後緩衝區沒有任何元素，就調用push_pop_aux()將這個緩衝區釋放。解釋一下：第一種狀況finish指向最後緩衝區的first位置，第二種狀況finish指向最後第二個緩衝區的last位置。
• pop_front()：第一緩衝區有兩個（含）以上元素，將第一個元素析構，將start後移；不然，將這個緩衝區釋放，start指向下一個緩衝區第一個元素。
• clear()：deque的最初狀態（即無任何元素時）保有一個緩衝區，所以clear()以後也同樣要保留一個緩衝區，finish=start。
• erase()：先判斷清除空間先後元素個數，移動較少一端。
• insert()：若在最前端，即push_front()，最後端相似；判斷插入點先後元素個數，移動較少的一端。

 

四.配接器stack和queue

      stack是一種先進後出（FILO）的數據結構，它只有一個出口。deque是雙向開口的數據結構，因此SGI STL便以deque做爲缺省狀況下的stack底部結構，封閉其頭端開口。stack沒有迭代器，因此除了頂部元素，沒法存取其它元素，即不能遍歷stack。

      stack的成員函數都是針對其頂部元素進行操做：push()，pop()，top()。

      queue是一種先進先出（FIFO）的數據結構，它有兩個出口。queue也是以deque做爲底部結構，封閉其底端的出口和前端的入口。queue，只有頂端（兩端）的元素能被外部使用，因此queue也沒有迭代器，不提供遍歷功能。

      queue的成員函數有：front()，back()，push()，pop()。

      能夠看到stack和queue的成員函數以及特性都是針對其數據結構來的，因此深刻理解其內部結構，不易與deque衆多的成員函數混淆。固然stack和queue也能夠list爲底層結構實現。

 

參考：《STL源碼剖析》