c++实现双端队列
在使用c++容器的时候其底层如何实现 例如 vector 容器 ：是一个内存可以二倍扩容的向量容器，使用方便但是对内存要求严格，弊端明显 list 容器 ： 双向循环链表 deque 容器 :双端队列
deque容器是C++标准模版库(STL,Standard Template Library)中的部分内容。deque容器类与vector类似，支持随机访问和快速插入删除，它在容器中某一位置上的操作所花费的是线性时间。与vector不同的是，deque还支持从开始端插入数据：push_front()。
实际上双端队列是一个二维数组，但是实际存储数据的部分并不是连续的，一维数组存放指针，指向二维申请出来的空间，如图
首先申请一维空间存放指向二维的指针，例如一维空间长度为int len；则在len／4的位置先申请一块二维空间，指向前的指针*_frist与指向后的指针*_last 位于二维空间的中间，前插数据则*_frist--,后插数据则*_last++;
如果前插到二维的0下标位置，若一维数组上一个位置指向的空间为空，此时会在一维上一个位置申请二维，*_frist指向二维尾部，例如上图，会在*p 0 的位置申请二维，*_frist指向新开辟的二维的尾部，实现继续前插，若上面的所有一维都申请了二维，但是下面还有一维数组还有空，则整体将数据往下挪，把一维0号下标的二维空出来，继续前插，直到所有的一维都申请了二维并且数据放满，此时需要扩容，将一维数组2倍扩大，然后将所有数据移到新的一维数组所指向的二维数组中，满足数据位置为 ：（新的一维数组长度/4）的位置。尾插同理 只是向下插方向相反。
下面是数据结构和基本函数
#define QUE_SIZE(T) 4096 / sizeof(T) #define DEFAULT_QUE 2 class Deque { public: Deque(); //构造函数 ~Deque(); // 析构函数 Deque(const Deque &src); // 左值引用参数构造拷贝函数 防止浅拷贝 Deque(Deque &&src); // 右值引用参数拷贝构造函数 防止临时量对空间时间的浪费 Deque& operator=(const Deque &src); // 左值引用参数赋值构造函数 Deque& operator=(Deque &&src); // 带右值引用参数的赋值构造函数 void push_back(int val); // 尾部入队 void pop_back(); // 尾部删除 void push_front(int val); // 前插 void pop_front(); //前删 int front(); //返回队头元素 int back(); // 返回队尾元素 bool empty(); // 是否对空 private: int **mMapper; int *mFirst; int *mLast; int mMapperSize; };
具体函数 封装成类
#include<iostream> #include<stdlib.h> #include<string.h> using namespace std; #define QUE_SIZE(T) 4096 / sizeof(T) #define DEFAULT_QUE 2 class Deque { public: Deque() { mMapper=new int*[DEFAULT_QUE](); mMapperSize=DEFAULT_QUE; mMapper[DEFAULT_QUE/4]=new int[QUE_SIZE(int)]; mFirst=mMapper[DEFAULT_QUE/4]+QUE_SIZE(int)/2; mLast=mFirst+1; } ~Deque() { int i=0; for(;i<mMapperSize;i++) { delete []mMapper[i]; mMapper[i]=nullptr; } delete []mMapper; mMapper=nullptr; } Deque(const Deque &src) { mMapper=new int*[src.mMapperSize](); int mfirst=-1; int mlast=-1; bool sign=1; int i; for(i=0;i<src.mMapperSize;i++) { if(src.mMapper[i]==nullptr) { continue; } if(src.mMapper[i]!=nullptr) { if(sign) { mfirst=i; sign=0; } int j; mMapper[i]=new int[QUE_SIZE(int)]; for(j=0;j<QUE_SIZE(int);j++) { *(mMapper[i]+j)=*(src.mMapper[i]+j); } mlast=i; } } mFirst=mMapper[mfirst]+(src.mFirst-src.mMapper[mfirst]); mLast=mMapper[mlast]+(src.mLast-src.mMapper[mlast]); mMapperSize=src.mMapperSize; } Deque(Deque &&src) { mMapper=src.mMapper; mMapperSize=src.mMapperSize; mFirst=src.mFirst; mLast=src.mLast; src.mMapper=nullptr; } Deque& operator=(const Deque &src) { if(this==&src) { return *this; } int i=0; for(;i<mMapperSize;i++) { delete[]mMapper[i]; } delete []mMapper; mMapper=new int*[src.mMapperSize](); int mfirst=-1; int mlast=-1; bool sign=-1; for(i=0;i<src.mMapperSize;i++) { if(src.mMapper[i]==nullptr) { continue; } if(src.mMapper[i]!=nullptr) { if(sign) { mfirst=i; sign=0; } int j; mMapper[i]=new int[QUE_SIZE(int)]; for(j=0;j<QUE_SIZE(int);j++) { *(mMapper[i]+j)=*(src.mMapper[i]+j); } mlast=i; } } mFirst=mMapper[mfirst]+(src.mFirst-src.mMapper[mfirst]); mLast=mMapper[mlast]+(src.mLast-src.mMapper[mlast]); mMapperSize=src.mMapperSize; return *this; } Deque& operator=(Deque &&src) { int i=0; for(;i<mMapperSize;i++) { delete []mMapper[i]; } delete []mMapper; mMapper=src.mMapper; mMapperSize=src.mMapperSize; mLast=src.mLast; mFirst=src.mFirst; src.mMapper=nullptr; return *this; } void push_back(int val) // 尾部入队 { int index = -1; for (int i = 0; i < mMapperSize; ++i) { if (mMapper[i] == nullptr) { index = i; continue; } // 表示last已经指向行的末尾了，需要扩容 if (mMapper[i] + QUE_SIZE(int) == mLast) { // 说明下面还有空行，直接分配新的第二维数组 if (i != mMapperSize - 1) { mMapper[i+1] = new int[QUE_SIZE(int)]; mLast = mMapper[i + 1]; break; } // 说明last下面已经没有空闲行了 if (index != -1) { // 说明上面还有空闲行，整体往上挪一行，下面就有一个空闲行了 for (int i = index; i < mMapperSize-1; ++i) { mMapper[i] = mMapper[i + 1]; } mMapper[mMapperSize-1] = new int[QUE_SIZE(int)]; mLast = mMapper[mMapperSize - 1]; break; } else { // 说明上面没有空闲行，一维需要开始扩容了 int **tmpMapper = new int*[2* mMapperSize]; int idx = 2 * mMapperSize / 4; for (int i = 0; i < mMapperSize; ++i) { tmpMapper[idx++] = mMapper[i]; } delete[]mMapper; mMapper = tmpMapper; mMapperSize *= 2; mMapper[idx] = new int[QUE_SIZE(int)]; mLast = mMapper[idx]; break; } } } // 添加元素 *mLast++ = val; } void pop_back() { int i; bool sign=1; for(i=0;i<mMapperSize;i++) { if(mMapper[i]==mLast) { mLast=mMapper[i-1]+QUE_SIZE(int); sign=0; break; } } if(sign) { mLast--; } } void push_front(int val) { // 遍历第一维的数组，从下往上遍历 与尾插方法一样 int index = -1; int i=mMapperSize-1; for (; i>=0; i--) { if (mMapper[i] == nullptr) { index = i; continue; } // 表示frist已经指向行首，需要扩容 if (mMapper[i] ==mFirst) { // 说明上面还有空行，直接分配新的第二维数组 if (i != 0) { mMapper[i-1] = new int[QUE_SIZE(int)]; mFirst = mMapper[i-1]+QUE_SIZE(int); break; } // 说明frist下面已经没有空闲行了 if (index != -1) { // 说明下面还有空闲行，整体往下挪一行，上面就有一个空闲行了 for (i = index; i >0; i--) { mMapper[i] = mMapper[i-1]; } mMapper[0] = new int[QUE_SIZE(int)]; mFirst= mMapper[0]+QUE_SIZE(int); break; } else { // 说明下面没有空闲行，一维需要开始扩容了 int **tmpMapper = new int*[2* mMapperSize]; int idx = 2 * mMapperSize / 4; for (int i = 0; i < mMapperSize; ++i) { tmpMapper[idx+i] = mMapper[i]; } delete[]mMapper; mMapper = tmpMapper; mMapperSize *= 2; mMapper[idx-1] = new int[QUE_SIZE(int)]; mFirst = mMapper[idx-1]+QUE_SIZE(int); break; } } } // 添加元素 *mFirst-- = val; } void pop_front() { int i; bool sign=1; for(i=0;i<mMapperSize;i++) { if(mMapper[i]+QUE_SIZE(int)==mFirst) { mFirst=mMapper[i+1]; sign=0; break; } } if(sign) { mFirst++; } } int front() { int i; for(i=0;i<mMapperSize;i++) { if(mMapper[i]+QUE_SIZE(int)==mFirst) { return *mMapper[i+1]; } } return *(mFirst+1); } int back() { int i=0; for(;i<mMapperSize;i++) { if(mMapper[i]==mLast) { return *(mMapper[i-1]+QUE_SIZE(int)); } } return *(mLast-1); } bool empty() { return mFirst+1==mLast; } private: int **mMapper; int *mFirst; int *mLast; int mMapperSize; }; int main() { Deque s1; Deque s2; int i=0; for(;i<10000;i++) { s1.push_back(i); } s2=s1; for(i=0;i<10000;i++) { cout<<s2.front()<<' '; s2.pop_front(); } cout<<endl; return 0; }
