0

0

C++ STL deque内部实现原理是什么 揭秘双端队列的底层数据结构

P粉602998670

P粉602998670

发布时间:2025-08-04 11:24:02

|

260人浏览过

|

来源于php中文网

原创

deque高效实现双端操作因其分段连续内存结构,由中控器管理多个固定大小缓冲区,逻辑上构成连续序列。①插入删除时无需整体扩容,仅分配新缓冲区,两端操作时间复杂度为常数级;②随机访问需两次寻址,效率略低于vector;③迭代器为复杂类对象,记录缓冲区边界及中控器指针,支持跨缓冲区跳转;④中间操作仍需移动元素,效率较低。

C++ STL deque内部实现原理是什么 揭秘双端队列的底层数据结构

C++ STL 中的

deque
(双端队列)之所以能高效地在两端进行插入和删除操作,是因为它的底层数据结构并不是简单的连续内存块,而是由多个固定大小的缓冲区组成。这种设计让它既保留了数组的部分优点,又避免了频繁扩容带来的性能问题。

C++ STL deque内部实现原理是什么 揭秘双端队列的底层数据结构

分段式连续内存结构

deque
的核心实现是通过一个“中控器”(map)来管理多个小块连续内存(称为缓冲区或块)。每个缓冲区通常大小固定(默认一般是 512 字节或者根据元素类型调整),这些缓冲区本身不一定是连续的,但逻辑上它们构成一个连续的序列。

C++ STL deque内部实现原理是什么 揭秘双端队列的底层数据结构

你可以把

deque
想象成一本书的目录加上很多张独立的纸页。目录记录了每一页的位置,而每一页上写满了数据。当你想访问第 N 个元素时,先通过目录找到对应的页,再在那页里找具体位置。

立即学习C++免费学习笔记(深入)”;

  • 这种方式让
    deque
    在头部或尾部添加元素时几乎不需要移动大量数据。
  • 也正因为如此,
    deque
    的随机访问效率略低于
    vector
    ,因为每次访问都可能涉及两次寻址。

支持快速插入删除的机制

由于

deque
的内部结构是分段的,它可以在前后端快速分配新的缓冲区,从而实现高效的
push_front
push_back
操作。

C++ STL deque内部实现原理是什么 揭秘双端队列的底层数据结构

举个例子:

Miniflow
Miniflow

AI工作流自动化平台

下载
  • 当当前缓冲区的头部没有空间时,
    deque
    会尝试在前面分配一个新的缓冲区。
  • 如果前面也没有空间容纳新缓冲区指针,则扩展“中控器”来容纳更多缓冲区。

这样做的好处是:

  • 插入操作的时间复杂度仍然是常数级别的(摊销后)
  • 不需要像
    vector
    那样频繁重新分配整个内存块并复制数据

不过要注意的是,中间位置的插入和删除仍然需要移动元素,所以这部分效率并不如两端操作那么高。

内存管理与迭代器实现

为了支持随机访问,

deque
的迭代器不是普通的指针,而是一个更复杂的类对象。这个迭代器不仅要记录当前指向的元素位置,还要知道当前所在的缓冲区、缓冲区的边界等信息。

当迭代器递增跨越当前缓冲区的边界时,它会自动跳转到下一个缓冲区,保持逻辑上的连续性。

  • 迭代器内部通常包含四个指针:当前元素指针、当前缓冲区起始、结束位置,以及指向“中控器”的指针。
  • 这种设计使得
    operator[]
    at()
    等操作也能以对数时间复杂度完成。

小结

deque
的实现本质上是在性能和灵活性之间做了权衡。它不像
vector
那样简单直接,但胜在更适合频繁在两端操作的场景。理解其底层结构有助于我们在使用时做出更合适的选择。

基本上就这些。

相关专题

更多
treenode的用法
treenode的用法

​在计算机编程领域,TreeNode是一种常见的数据结构,通常用于构建树形结构。在不同的编程语言中,TreeNode可能有不同的实现方式和用法,通常用于表示树的节点信息。更多关于treenode相关问题详情请看本专题下面的文章。php中文网欢迎大家前来学习。

536

2023.12.01

C++ 高效算法与数据结构
C++ 高效算法与数据结构

本专题讲解 C++ 中常用算法与数据结构的实现与优化,涵盖排序算法(快速排序、归并排序)、查找算法、图算法、动态规划、贪心算法等,并结合实际案例分析如何选择最优算法来提高程序效率。通过深入理解数据结构(链表、树、堆、哈希表等),帮助开发者提升 在复杂应用中的算法设计与性能优化能力。

17

2025.12.22

深入理解算法:高效算法与数据结构专题
深入理解算法:高效算法与数据结构专题

本专题专注于算法与数据结构的核心概念,适合想深入理解并提升编程能力的开发者。专题内容包括常见数据结构的实现与应用,如数组、链表、栈、队列、哈希表、树、图等;以及高效的排序算法、搜索算法、动态规划等经典算法。通过详细的讲解与复杂度分析,帮助开发者不仅能熟练运用这些基础知识,还能在实际编程中优化性能,提高代码的执行效率。本专题适合准备面试的开发者,也适合希望提高算法思维的编程爱好者。

24

2026.01.06

golang map内存释放
golang map内存释放

本专题整合了golang map内存相关教程,阅读专题下面的文章了解更多相关内容。

75

2025.09.05

golang map相关教程
golang map相关教程

本专题整合了golang map相关教程,阅读专题下面的文章了解更多详细内容。

36

2025.11.16

golang map原理
golang map原理

本专题整合了golang map相关内容,阅读专题下面的文章了解更多详细内容。

60

2025.11.17

java判断map相关教程
java判断map相关教程

本专题整合了java判断map相关教程,阅读专题下面的文章了解更多详细内容。

40

2025.11.27

c++ 根号
c++ 根号

本专题整合了c++根号相关教程,阅读专题下面的文章了解更多详细内容。

42

2026.01.23

c++空格相关教程合集
c++空格相关教程合集

本专题整合了c++空格相关教程,阅读专题下面的文章了解更多详细内容。

46

2026.01.23

热门下载

更多
网站特效
/
网站源码
/
网站素材
/
前端模板

精品课程

更多
相关推荐
/
热门推荐
/
最新课程
C# 教程
C# 教程

共94课时 | 7.5万人学习

C 教程
C 教程

共75课时 | 4.2万人学习

C++教程
C++教程

共115课时 | 13.7万人学习

关于我们 免责申明 举报中心 意见反馈 讲师合作 广告合作 最新更新
php中文网:公益在线php培训,帮助PHP学习者快速成长!
关注服务号 技术交流群
PHP中文网订阅号
每天精选资源文章推送

Copyright 2014-2026 https://www.php.cn/ All Rights Reserved | php.cn | 湘ICP备2023035733号