[STL]deque和stack、queue
怎么说呢,deque是一种双向开口的连续线性空间,至少逻辑上看上去是这样。然而事实上却没有那么简单,准确来说deque其实是一种分段连续空间,因此其实现以及各种操作比vector复杂的多。
一.deque的中控器
deque是有一段一段的定量连续空间构成,采用一块所谓的map(当然不是map容器)作为主控。map是一小块连续空间,其中每一个元素都是一个指针,指向另一段连续性空间(缓冲区)。缓冲区才是deque的储存空间主体。我们可以指定缓冲区大小,默认值0表示使用512字节缓冲区。deque设计结构如下图所示:
二.deque的数据结构
deque除了维护map的指针外,也要维护start,finish两个迭代器,分别指向第一缓冲区的第一个元素和最后缓冲区的最后一个元素(的下一个位置)。此外,它还要记录当前map的大小,因为当map结点不够的时候,需要另外配置一个更大的map,计算其大小需要知道当前map的大小(源码为:new_map_size=map_size+max(map_size,nodes_to_add)+2;)。deque数据结构如下:
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: //元素的指针的指针
typedef pointer *map_pointer;
protected:
iterator start;
iterator finish;
map_pointer map;
size_type map_size; //map中指针个数
...
};
三.deque的成员函数
考虑到deque的特殊结构,所以实现deque的各种操作都相当琐碎复杂。最关键的就是判断是否已经处于缓冲区边缘,如果是,一旦前进或后退就必须跳跃至下一个或上一个缓冲区。还有一个重要问题就是当map前端或尾端备用空间不足时就要重新配置新map(配置更大的,拷贝原来的,释放原来的),下面的push_back()和push_front()等函数都需要先判断。下面分别解释deque的各个成员函数。
- push_back():当最后缓冲区有两个(含)以上的空间,直接在缓冲区增加新元素;当最后缓冲区只剩一个备用空间时,push_back()调用push_back_aux(),先配置一个新的缓冲区,然后再在那个仅剩的备用空间定义新元素,并更改finish的状态,令其指向新结点。
- push_front():当第一缓冲区有备用空间时,直接在备用空间增加新元素;当第一缓冲区无备用空间时,调用push_front_aux()配置新结点(缓冲区),增加新元素,并改变start状态。
- pop_back():当最后缓冲区有一个(含)以上元素,就将finish向前移一位并将最后那个元素析构掉;当最后缓冲区没有任何元素,就调用push_pop_aux()将这个缓冲区释放。解释一下:第一种情况finish指向最后缓冲区的first位置,第二种情况finish指向最后第二个缓冲区的last位置。
- pop_front():第一缓冲区有两个(含)以上元素,将第一个元素析构,将start后移;否则,将这个缓冲区释放,start指向下一个缓冲区第一个元素。
- clear():deque的最初状态(即无任何元素时)保有一个缓冲区,因此clear()之后也一样要保留一个缓冲区,finish=start。
- erase():先判断清除空间前后元素个数,移动较少一端。
- insert():若在最前端,即push_front(),最后端类似;判断插入点前后元素个数,移动较少的一端。
四.配接器stack和queue
stack是一种先进后出(FILO)的数据结构,它只有一个出口。deque是双向开口的数据结构,所以SGI STL便以deque作为缺省情况下的stack底部结构,封闭其头端开口。stack没有迭代器,所以除了顶部元素,无法存取其它元素,即不能遍历stack。
stack的成员函数都是针对其顶部元素进行操作:push(),pop(),top()。
queue是一种先进先出(FIFO)的数据结构,它有两个出口。queue也是以deque作为底部结构,封闭其底端的出口和前端的入口。queue,只有顶端(两端)的元素能被外部使用,所以queue也没有迭代器,不提供遍历功能。
queue的成员函数有:front(),back(),push(),pop()。
可以看到stack和queue的成员函数以及特性都是针对其数据结构来的,所以深入理解其内部结构,不易与deque众多的成员函数混淆。当然stack和queue也可以list为底层结构实现。
参考:《STL源码剖析》
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