C++ STL deque容器
deque 是 double-ended queue 的缩写，又称双端队列容器。
deque 容器和 vecotr 容器有很多相似之处，比如：
- deque 容器也擅长在序列尾部添加或删除元素（时间复杂度为
O(1)），而不擅长在序列中间添加或删除元素。 - deque 容器也可以根据需要修改自身的容量和大小。
和 vector 不同的是，deque 还擅长在序列头部添加或删除元素，所耗费的时间复杂度也为常数阶O(1)。并且更重要的一点是，deque 容器中存储元素并不能保证所有元素都存储到连续的内存空间中。
当需要向序列两端频繁的添加或删除元素时，应首选 deque 容器。
deque 容器以模板类 deque<T>（T 为存储元素的类型）的形式在 <deque> 头文件中，并位于 std 命名空间中。
创建deque容器
1) 创建一个空 deque 容器：
std::deque<int> d;
2) 创建一个具有 n 个元素的 deque 容器，其中每个元素都采用对应类型的默认值：
std::deque<int> d(10);
此行代码创建一个具有 10 个元素（默认都为 0）的 deque 容器。
3) 创建一个具有 n 个元素的 deque 容器，并为每个元素都指定初始值，例如：
std::deque<int> d(10, 5)
如此就创建了一个包含 10 个元素（值都为 5）的 deque 容器。
4) 在已有 deque 容器的情况下，可以通过拷贝该容器创建一个新的 deque 容器，例如：
std::deque<int> d1(5); std::deque<int> d2(d1);
注意，采用此方式，必须保证新旧容器存储的元素类型一致。
5) 通过拷贝其他类型容器中指定区域内的元素（也可以是普通数组），可以创建一个新容器，例如：
//拷贝普通数组，创建deque容器
int a[] = { 1,2,3,4,5 };
std::deque<int>d(a, a + 5);
//适用于所有类型的容器
std::array<int, 5>arr{ 11,12,13,14,15 };
std::deque<int>d(arr.begin()+2, arr.end());//拷贝arr容器中的{13,14,15}
deque成员函数
| 函数成员 | 函数功能 |
|---|---|
| begin() | 返回指向容器中第一个元素的迭代器。 |
| end() | 返回指向容器最后一个元素所在位置后一个位置的迭代器，通常和 begin() 结合使用。 |
| rbegin() | 返回指向最后一个元素的迭代器。 |
| rend() | 返回指向第一个元素所在位置前一个位置的迭代器。 |
| cbegin() | 和 begin() 功能相同，只不过在其基础上，增加了 const 属性，不能用于修改元素。 |
| cend() | 和 end() 功能相同，只不过在其基础上，增加了 const 属性，不能用于修改元素。 |
| crbegin() | 和 rbegin() 功能相同，只不过在其基础上，增加了 const 属性，不能用于修改元素。 |
| crend() | 和 rend() 功能相同，只不过在其基础上，增加了 const 属性，不能用于修改元素。 |
| size() | 返回实际元素个数。 |
| max_size() | 返回容器所能容纳元素个数的最大值。这通常是一个很大的值，一般是 232-1，我们很少会用到这个函数。 |
| resize() | 改变实际元素的个数。 |
| empty() | 判断容器中是否有元素，若无元素，则返回 true；反之，返回 false。 |
| shrink _to_fit() | 将内存减少到等于当前元素实际所使用的大小。 |
| at() | 使用经过边界检查的索引访问元素。 |
| front() | 返回第一个元素的引用。 |
| back() | 返回最后一个元素的引用。 |
| assign() | 用新元素替换原有内容。 |
| push_back() | 在序列的尾部添加一个元素。 |
| push_front() | 在序列的头部添加一个元素。 |
| pop_back() | 移除容器尾部的元素。 |
| pop_front() | 移除容器头部的元素。 |
| insert() | 在指定的位置插入一个或多个元素。 |
| erase() | 移除一个元素或一段元素。 |
| clear() | 移出所有的元素，容器大小变为 0。 |
| swap() | 交换两个容器的所有元素。 |
| emplace() | 在指定的位置直接生成一个元素。 |
| emplace_front() | 在容器头部生成一个元素。和 push_front() 的区别是，该函数直接在容器头部构造元素，省去了复制移动元素的过程。 |
| emplace_back() | 在容器尾部生成一个元素。和 push_back() 的区别是，该函数直接在容器尾部构造元素，省去了复制移动元素的过程。 |
deque底层实现机制
为了管理这些连续空间，deque 容器用数组（数组名假设为 map）存储着各个连续空间的首地址。也就是说，map 数组中存储的都是指针，指向那些真正用来存储数据的各个连续空间。
通过建立 map 数组，deque 容器申请的这些分段的连续空间就能实现“整体连续”的效果。换句话说，当 deque 容器需要在头部或尾部增加存储空间时，它会申请一段新的连续空间，同时在 map 数组的开头或结尾添加指向该空间的指针，由此该空间就串接到了 deque 容器的头部或尾部。
map 数组满了可以再申请一块更大的连续空间供 map 数组使用，将原有数据（很多指针）拷贝到新的 map 数组中，然后释放旧的空间。
deque 容器的分段存储结构，提高了在序列两端添加或删除元素的效率，但也使该容器迭代器的底层实现变得更复杂。
由于 deque 容器底层将序列中的元素分别存储到了不同段的连续空间中，因此要想实现迭代器的功能，必须先解决如下 2 个问题：
- 迭代器在遍历 deque 容器时，必须能够确认各个连续空间在 map 数组中的位置；
- 迭代器在遍历某个具体的连续空间时，必须能够判断自己是否已经处于空间的边缘位置。如果是，则一旦前进或者后退，就需要跳跃到上一个或者下一个连续空间中。
为了实现遍历 deque 容器的功能，deque 迭代器定义了如下的结构：
template<class T,...>
struct __deque_iterator{
...
T* cur;
T* first;
T* last;
map_pointer node;//map_pointer 等价于 T**
};
可以看到，迭代器内部包含 4 个指针，它们各自的作用为：
- cur：指向当前正在遍历的元素；
- first：指向当前连续空间的首地址；
- last：指向当前连续空间的末尾地址；
- node：它是一个二级指针，用于指向 map 数组中存储的指向当前连续空间的指针。
借助这 4 个指针，deque 迭代器对随机访问迭代器支持的各种运算符进行了重载，能够对 deque 分段连续空间中存储的元素进行遍历。
//当迭代器处于当前连续空间边缘的位置时，如果继续遍历，就需要跳跃到其它的连续空间中，该函数可用来实现此功能
void set_node(map_pointer new_node){
node = new_node;//记录新的连续空间在 map 数组中的位置
first = *new_node; //更新 first 指针
//更新 last 指针，difference_type(buffer_size())表示每段连续空间的长度
last = first + difference_type(buffer_size());
}
//重载 * 运算符
reference operator*() const{return *cur;}
pointer operator->() const{return &(operator *());}
//重载前置 ++ 运算符
self & operator++(){
++cur;
//处理 cur 处于连续空间边缘的特殊情况
if(cur == last){
//调用该函数，将迭代器跳跃到下一个连续空间中
set_node(node+1);
//对 cur 重新赋值
cur = first;
}
return *this;
}
//重置前置 -- 运算符
self& operator--(){
//如果 cur 位于连续空间边缘，则先将迭代器跳跃到前一个连续空间中
if(cur == first){
set_node(node-1);
cur == last;
}
--cur;
return *this;
}
deque 容器除了维护先前讲过的 map 数组，还需要维护 start、finish 这 2 个 deque 迭代器。以下为 deque 容器的定义：
//_Alloc为内存分配器
template<class _Ty,
class _Alloc = allocator<_Ty>>
class deque{
...
protected:
iterator start;
iterator finish;
map_pointer map;
...
};
其中，start 迭代器记录着 map 数组中首个连续空间的信息，finish 迭代器记录着 map 数组中最后一个连续空间的信息。另外需要注意的是，和普通 deque 迭代器不同，start 迭代器中的 cur 指针指向的是连续空间中首个元素；而 finish 迭代器中的 cur 指针指向的是连续空间最后一个元素的下一个位置。
借助 start 和 finish，以及 deque 迭代器中重载的诸多运算符，就可以实现 deque 容器提供的大部分成员函数，比如：
//begin() 成员函数
iterator begin() {return start;}
//end() 成员函数
iterator end() { return finish;}
//front() 成员函数
reference front(){return *start;}
//back() 成员函数
reference back(){
iterator tmp = finish;
--tmp;
return *tmp;
}
//size() 成员函数
size_type size() const{return finish - start;}//deque迭代器重载了 - 运算符
//empty() 成员函数
bool empty() const{return finish == start;}
