非连续容器（例如 std::deque）的随机访问迭代器是如何实现的？

Question

我了解随机访问迭代器如何为std::vector 之类的连续容器工作：迭代器只维护一个指向当前元素的指针，并且任何加法/减法都应用于该指针。

但是，我对如何为非连续容器实现类似功能感到困惑。我对std::deque:iterator 工作原理的第一个猜测是，它维护了一个指向它包含的连续内存组的某个表的指针，但我不确定。

典型的标准库将如何实现这一点？

Answer 1

双端队列迭代器可以通过存储一个指向引用值的指针和一个指向该值所在的连续内存块的双指针来实现。双指针指向由双端队列管理的块的连续指针数组。

class deque_iterator
{
  T* value;
  T** block;
  …
}

由于value 和block 都指向连续内存，您可以实现诸如在恒定时间内查找迭代器之间的距离等操作（示例改编自libc++）。

difference_type operator-(deque_iterator const& x, deque_iterator const& y)
{
  return (x.block - y.block) * block_size
       + (x.value - *x.block)
       - (y.value - *y.block);
}

请注意，虽然value 不会被push_front 和push_back 等操作失效，但block 可能会，这就是deque_iterator 会被此类操作失效的原因。

Answer 2

您可以大致满足std::deque 和std::vector<std::unique_ptr<std::array<T,N>>> 的要求。加上一个低/高水位线，告诉您第一个/最后一个元素在哪里。 （对于定义的 N 可能随 T 变化的实现，std::arrays 实际上是正确对齐的未初始化内存块，而不是 std::arrays，但你明白了）。

使用通常的指数增长，但在正面和背面。

查找只是通过(index+first)/N 和%N 来查找块和子元素。

这比 std::vector 查找更昂贵，但是 O(1)。