2017-12-05 12:46:54 / herohlc
deque深度探索
1. deque数据结构
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体会外部的设计思路。deque对外特性连续，内部分段连续。
2. deque缓冲区
deque如何实现前后扩充？
缓冲区帮助deque实现前后扩充
deque缓冲区设计
- 分段缓冲区存储
deque实际存入的元素放在缓冲区中，deque中会创建多个缓冲区供插入数据。
- 缓冲区管理
多个缓冲区元素在一个map形式数据中（vector实现）中管理，缓冲区元素分布在map的中间位置，向两侧扩充。当map充满后自动扩充（vector扩充）。
3. deque迭代器设计
deque如何实现连续访问？
deque iterator帮助deque实现连续访问
iterator的四个变量
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- cur: 迭代器在一个deque中当前指向的元素
- first: 迭代器当前指向的缓冲区中，缓冲区范围中的第一个元素的位置
- last: 迭代器当前指向的缓冲区中，缓冲区范围中的最后一个元素的下一个元素位置
- node: 指向map区
注意： iterator四个变量的变化规律 - iterator在一个缓冲区中移动时，cur在变化，其他不变
- iterator切换缓冲区移动时，所有变量都在变。
iterator移动行为
- iterator在缓冲区存储元素的范围内移动。
- iterator如果移动到缓冲区的边界（first/last），则通过node返回map，找到下一个缓冲区。
4. deque 对象存储的两个迭代器 begin/end
所有的容器都会存储两个迭代器，begin/end
template <class T, class Alloc = alloc, size_t Buffsiz = 0>
class deque {
...
protected:
iterator start;
iterator finish;
...
}
5. 源码
deque
// g++ 2.95.1 stl_deque.h
template <class _Tp, class _Alloc, size_t __bufsiz>
class _Deque_base {
public:
#ifndef __STL_NON_TYPE_TMPL_PARAM_BUG
typedef _Deque_iterator<_Tp,_Tp&,_Tp*,__bufsiz> iterator;
typedef _Deque_iterator<_Tp,const _Tp&,const _Tp*, __bufsiz> const_iterator;
#else /* __STL_NON_TYPE_TMPL_PARAM_BUG */
typedef _Deque_iterator<_Tp,_Tp&,_Tp*> iterator;
typedef _Deque_iterator<_Tp,const _Tp&,const _Tp*> const_iterator;
#endif /* __STL_NON_TYPE_TMPL_PARAM_BUG */
typedef _Alloc allocator_type;
allocator_type get_allocator() const { return allocator_type(); }
_Deque_base(const allocator_type&, size_t __num_elements)
: _M_map(0), _M_map_size(0), _M_start(), _M_finish() {
_M_initialize_map(__num_elements);
}
_Deque_base(const allocator_type&)
: _M_map(0), _M_map_size(0), _M_start(), _M_finish() {}
~_Deque_base();
protected:
void _M_initialize_map(size_t);
void _M_create_nodes(_Tp** __nstart, _Tp** __nfinish);
void _M_destroy_nodes(_Tp** __nstart, _Tp** __nfinish);
enum { _S_initial_map_size = 8 };
protected:
_Tp** _M_map;
size_t _M_map_size;
iterator _M_start;
iterator _M_finish;
typedef simple_alloc<_Tp, _Alloc> _Node_alloc_type;
typedef simple_alloc<_Tp*, _Alloc> _Map_alloc_type;
_Tp* _M_allocate_node()
{ return _Node_alloc_type::allocate(__deque_buf_size(__bufsiz,
sizeof(_Tp))); }
void _M_deallocate_node(_Tp* __p)
{ _Node_alloc_type::deallocate(__p, __deque_buf_size(__bufsiz,
sizeof(_Tp))); }
_Tp** _M_allocate_map(size_t __n)
{ return _Map_alloc_type::allocate(__n); }
void _M_deallocate_map(_Tp** __p, size_t __n)
{ _Map_alloc_type::deallocate(__p, __n); }
};
iterator
// g++ 2.95.1 stl_deque.h
template <class _Tp, class _Ref, class _Ptr>
struct _Deque_iterator {
typedef _Deque_iterator<_Tp, _Tp&, _Tp*> iterator;
typedef _Deque_iterator<_Tp, const _Tp&, const _Tp*> const_iterator;
static size_t
_S_buffer_size() { return __deque_buf_size(0, sizeof(_Tp)); }
typedef random_access_iterator_tag iterator_category;
typedef _Tp value_type;
typedef _Ptr pointer;
typedef _Ref reference;
typedef size_t size_type;
typedef ptrdiff_t difference_type;
typedef _Tp** _Map_pointer;
typedef _Deque_iterator _Self;
_Tp* _M_cur;
_Tp* _M_first;
_Tp* _M_last;
_Map_pointer _M_node;
...
}
注意其中的 associate types
6. buffer size
指定缓冲区大小.
注意：
这里的大小是指缓冲区数组的个数，而不是缓冲区实际内存大小。
template<class T, class Alloc = alloc, size_t Buffsiz=0>
class deque{
...
}
inline size_t __deque_buf_size(size_t n, size_t sz) {
return n!=0 ? n : (sz < 512 ? size_t(512/sz) : size_t(1));
} // sz 为sizeof(value_type)
其中 template中size_t 的用法是新的知识点
template <class T, class Alloc = alloc, size_t Buffersiz = 0>
class deque{
...
}
- 新版本不再支持用户指定缓冲区大小
7. deque<T>::insert()
iterator insert(iterator position, const value_type x) {
if(position.cur == start.cur) {
push_front(x);
return start;
} else if(position.cur == finish.cur) {
push_back(x);
iterator tmp = finish;
--tmp;
return tmp;
} else {
return insert_aux(position, x);
}
}
// g++ 2.95.1 stl_deque.h
template <class _Tp, class _Alloc, size_t __bufsize>
typename deque<_Tp, _Alloc, __bufsize>::iterator
deque<_Tp,_Alloc,__bufsize>::_M_insert_aux(iterator __pos,
const value_type& __x)
{
difference_type __index = __pos - _M_start;
value_type __x_copy = __x;
if (__index < size() / 2) {
push_front(front());
iterator __front1 = _M_start;
++__front1;
iterator __front2 = __front1;
++__front2;
__pos = _M_start + __index;
iterator __pos1 = __pos;
++__pos1;
copy(__front2, __pos1, __front1);
}
else {
push_back(back());
iterator __back1 = _M_finish;
--__back1;
iterator __back2 = __back1;
--__back2;
__pos = _M_start + __index;
copy_backward(__pos, __back2, __back1);
}
*__pos = __x_copy;
return __pos;
}
注意：
- Insert 插入元素到已有元素位置时，已有元素需要向一侧推动。
- Insert在推动元素时，需要考虑向头一侧推动还是向尾一侧推动，谁的效率更高。
- 推动元素会造成已有元素的析构和新元素的构造。
理解：
- 对于deque，insert操作会造成元素的推动，推动的过程会有元素的copy/构造等操作，造成效率问题，但在头尾的push不会有元素的推动，相对来说效率会高。
