std::deque 底层实现结构

std::deque（双端队列）的底层实现既不是传统的链表，也不是普通的数组，而是一种特殊的混合结构。它结合了数组和链表的优点，以实现高效的随机访问和在两端的快速插入/删除操作。

1.std::deque的底层实现
std::deque的底层实现通常是一个分段的动态数组，也称为块链表（block-based linked list）。具体来说，它由多个固定大小的块（blocks）组成，这些块通过指针连接在一起。每个块是一个固定大小的数组，通常存储多个元素。

结构示意图

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|  Block 1       | --> |  Block 2       | --> |  Block 3       | --> ...
+----------------+     +----------------+     +----------------+
|  [1] [2] [3]   |     |  [4] [5] [6]   |     |  [7] [8] [9]   |
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2.关键特性

• 固定大小的块：每个块是一个固定大小的数组，通常存储多个元素。块的大小是固定的，但整个std::deque的大小是动态的。

• 动态扩展：当需要在头部或尾部插入元素时，如果当前块已满，会动态分配新的块，并通过指针连接到现有块链中。

• 随机访问：通过计算元素所在的块和块内的偏移量，可以快速访问任意位置的元素，时间复杂度为O(1)。

• 两端操作：在头部和尾部插入/删除元素的时间复杂度为O(1)，因为这些操作只涉及当前块的局部修改。

3.具体实现细节

• 头部和尾部指针：std::deque维护了指向头部块和尾部块的指针，以及每个块的起始位置和大小。

• 块链表：块之间通过指针连接，形成一个双向链表。这使得在头部和尾部插入/删除块时非常高效。

• 索引计算：通过简单的数学计算，可以快速定位任意元素所在的块和块内的偏移量。

4.优点

• 高效的随机访问：与链表相比，std::deque支持快速的随机访问，时间复杂度为O(1)。

• 高效的两端操作：与数组相比，std::deque在头部和尾部插入/删除元素的时间复杂度为O(1)。

• 动态大小：std::deque的大小可以根据需要动态扩展，不需要预先分配固定大小。

5.缺点

• 内存开销：每个块都需要额外的指针来维护块链表，这会增加一定的内存开销。

• 缓存不友好：与连续存储的数组相比，std::deque的块分散在内存中，可能会影响缓存性能。

6.总结
std::deque的底层实现是一种分段的动态数组，结合了数组和链表的优点。它通过固定大小的块和块链表，实现了高效的随机访问和在两端的快速插入/删除操作。

希望这个解释能帮助你更好地理解std::deque的底层实现！如果有任何问题，欢迎随时问我哦。