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C++怎么实现双端队列_C++deque容器与手写【数据】

穿越時空

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发布时间:2026-02-21 15:06:11

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来源于php中文网

原创

std::deque 底层采用分段连续缓冲区(map+chunk)实现,非单块循环数组;支持o(1)均摊头尾操作,迭代器仅在对应chunk销毁时失效,随机访问需通过map计算索引与偏移。

c++怎么实现双端队列_c++deque容器与手写【数据】

deque 的底层不是循环数组,别按 vector 想

很多人一看到 deque 就默认它是“带两端插入的 vector”,结果手写时死磕一块连续内存 + 头尾指针 + 模运算,最后发现 push_front 性能崩了、迭代器失效逻辑对不上——根本原因在于:标准 std::deque 通常用**分段连续缓冲区(map + chunk)**实现,不是单块内存。它牺牲一点缓存局部性,换来了 O(1) 均摊的头尾插入/删除,且迭代器只在对应 chunk 满/空时才失效。

实操建议:

  • 不要试图用 std::vector + memmove 模拟 —— push_front 会触发整段搬移,退化成 O(n)
  • 若真要手写简化版,优先考虑固定大小的 chunk(如 512 字节),用 std::vector<:unique_ptr>> </:unique_ptr>管理 chunk 列表,再配一个 map(即 std::vector<t></t>)存各 chunk 首地址
  • 注意:operator[] 必须通过 map 算出 chunk 索引和 chunk 内偏移,不能直接算地址 —— 这是和 vector 最关键的差异点

迭代器失效规则比 vector 复杂得多

std::deque 迭代器只在对应 chunk 被销毁时才失效(比如 pop_front 刚好清空第一个 chunk),而 vector 是“只要 realloc 就全废”。但新手常误判这点,以为“没重新分配内存就安全”,结果在多线程或嵌套操作中踩坑。

常见错误现象:

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  • 循环中用 for (auto it = dq.begin(); it != dq.end(); ++it) 同时调 dq.pop_front() —— 表面看没越界,但某次 pop 可能释放了 it 所在 chunk,后续 ++it 访问野指针
  • deque::iterator 存进容器(如 std::set)后长期持有,期间 deque 发生多次头尾操作 —— 迭代器可能已悬空,但编译器不报错

使用场景提醒:适合频繁头尾增删、且迭代范围明确(如 BFS 队列);不适合需要长期持有迭代器或随机访问频率远高于增删的场景。

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reserve() 和 shrink_to_fit() 在 deque 上基本没用

std::deque::reserve() 标准里压根没定义,所有主流实现(libstdc++、libc++)都直接忽略它;shrink_to_fit() 也仅在 C++11 后可选支持,且多数实现不收缩 map 或空闲 chunk,只是清掉末尾空 chunk。

参数差异与影响:

  • 传给 deque 构造函数的 size 参数(如 deque<int>(100)</int>)只预分配前几个 chunk,不会像 vector(100) 那样占满 100 个元素空间
  • 想控制内存布局?只能靠调整编译器宏(如 libstdc++ 的 _GLIBCXX_DEQUE_BUF_SIZE),运行时不可改
  • 性能提示:频繁小对象 push_back/push_front 时,chunk 切分反而比 vector 更省内存碎片;但遍历速度通常慢 10%~30%,因 cache miss 多

手写 deque 时最容易漏掉的边界:迭代器的 operator-

标准 deque 迭代器必须支持 it1 - it2 返回 difference_type,这要求你得把“跨 chunk 距离”算清楚。很多手写版本只实现了 ++/--*,一到 std::distancestd::sort 就崩溃。

实操要点:

  • 每个迭代器实例需携带三个字段:chunk_idx(在 map 中下标)、offset(chunk 内偏移)、指向 map 的原始指针(用于计算总跨度)
  • operator- 必须遍历 [it2, it1) 跨过的 chunk 数,再加首尾 offset 差 —— 不能只靠指针减法
  • 测试用例一定要覆盖:跨 0 个 chunk、跨 1 个、跨多个,以及 it1

真正难的不是结构,是让所有 STL 算法(尤其是 std::lower_bound 这类依赖随机访问的)不崩 —— 这意味着 operator+、operator-、

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