std::deque （双端队列）真的是随机访问和恒定时间插入吗？答案

【问题标题】：Is std::deque (double ended queue) really random access and constant time insertions?std::deque （双端队列）真的是随机访问和恒定时间插入吗？
【发布时间】：2017-12-26 03:42:59
【问题描述】：

我不断从人们和文档中听到 std::deque 是像 std::vector 一样的随机访问，并且是像链表一样的恒定时间插入和删除。此外，与向量不同，std::deque 可以在恒定时间内在开头和结尾插入元素。我不确定标准是否指定了 std::deque 的特定实现，但它应该代表双端队列，并且很可能该实现将类似向量的分配缓冲区与指针链接在一起。一个关键的区别是元素不像 std::vector 那样连续。

鉴于它们不是连续的，当人们说它们是像向量一样的随机访问时，我是否认为他们的意思是“摊销”而不是实际上作为向量？这是因为向量只涉及一个偏移地址，保证每次真正的恒定时间访问，而双端队列必须计算所请求元素在序列中的距离，并计算沿它必须有多少链接缓冲区go 以找到该特定元素。

同样，在链表中的插入只涉及断开一个链接并设置另一个链接，而在双端队列中的插入（不是最后一个或第一个成员，必须至少在对于该特定链接缓冲区，插入点至少指向一个位置。因此，例如，如果一个链接缓冲区有 10 个成员，并且您碰巧在该特定缓冲区的开头插入，那么它必须至少移动 10 个成员（如果它更糟超出缓冲区容量，不得不重新分配）。

我有兴趣知道这一点，因为我想实现一个队列，而在标准库中，std::queue 就是他们所说的容器适配器，这意味着我们不会确切地知道它是什么容器类型，只要因为它以队列的方式运行。我认为它通常是 std::deque 或 std::list 的一种包装器。鉴于我只对先进先出的简单功能感兴趣，我几乎可以肯定链表在插入队列和从末尾弹出时会更快。所以我很想明确选择它而不是 std::queue。

另外，我知道链表在迭代时对缓存不太友好，但我们将链表与向量而不是双端队列进行比较，据我所知，这必须做相当大的工作记录保存的数量，以便在迭代时知道它在多远以及在哪个特定缓冲区中。

编辑：我刚刚发现对另一个感兴趣的问题的评论：

“我见过的 C++ 实现使用了一个指针数组固定大小的数组。这实际上意味着 push_front 和 push_back 不是真正的恒定时间，而是智能增长因素，你仍然得到摊销常数时间，所以 O(1) 不是如此错误，实际上它比矢量更快，因为你是交换单个指针而不是整个对象（以及更少的指针比对象）。 – Matthieu M. 2011 年 6 月 9 日"

发件人：What really is a deque in STL?

【问题讨论】：

"std::queue 是他们所说的容器适配器，这意味着我们不知道它是什么容器类型" -- @987654322 使用的底层容器@ 可通过模板参数进行配置。默认为deque<T>。
deque 在中间没有固定时间插入，只有在末端。
@T.C 谢谢，我刚刚看到：“对于涉及频繁插入或删除除开头或结尾以外的位置的元素的操作，双端队列的性能更差，迭代器和引用的一致性也较差而不是列表和转发列表。”
事实证明只在结尾和开头插入分期常数，如果我链接的那个图是真的，那么在开头插入平均比在结尾插入要慢。

标签： c++ vector linked-list std deque

【解决方案1】：

是随机访问，但恒定时间插入和删除只针对序列的开头和结尾，中间是O(n)。

访问一个项目是 O(1)，但它的效率不如向量 O(1)。无论它的位置如何，即使无论双端队列中有多少项目，它都将进行相同数量的计算来确定一个项目在双端队列中的位置。将此与一个列表进行比较，在哪里可以找到您必须遍历 n-1 个前面的项目的第 n 个项目。

【讨论】：

我发现一条评论（我把它放在我的问题中）说开头和结尾的插入只是摊销常数（当它不必增长时）。我想这是相同的向量，但不适用于始终保证为常数时间的链表。
在 std::deque 的开头和结尾插入和擦除总是摊销常数，大多数时候它确实是常数，但有时它必须增长（并被复制），这就是'摊销'部分进来了。列表总是 O(1) 插入到特定位置，但作为回报，遍历列表的效率较低。
我在问题中链接的图表很有趣，因为如果很多人说它只是一个向量的向量是真的，那么在开头插入平均比在最后，因为每次创建新缓冲区时，保存向量的向量元素总是必须向前移动。
好吧，想想向量的情况，它有大小和容量，任何未使用的容量总是在最后，双端队列也允许在开头使用未使用的空间，它并不是真正的向量向量（至少不是 std::vector）和 vector 一样多，其中 Block 是正在存储的项目的固定大小单元。块类似于： struct Block { T items[8]; };双端队列知道“第一个”项目的偏移量，并知道它的大小和已分配的块数。所以不仅deque不连续，增长因子也比vector小。
deque 不必在扩展时复制。一个合理的实现可以分配并开始填充一个新块。