双端队列实现分析



http://blog.csdn.net/jollyjumper/article/details/5350506

双端队列的主要操作是push_back(),pop_back(),push_top(),pop_top(),我们可以用双端队列来适配queue和stack。

SGI stl中queue和stack的默认容器都是双端队列deque。

deque是怎么实现的呢?deque由两级的数组构成,一级的数组每个元素指向一个大块,这个大块是一个要存放的数据的数组,我们可以叫它二级数组。每个大块存满之后就要申请新的空间,而一级数组存放满了之后就要分配更大的空间(原来的数组大小+2),并将原来的一级数组拷贝过去(拷贝到中间以便两端可以各伸展一个元素)。分析可以知道这样往大小为n的deque中压入数据时的平均复杂度为o(n/k*k)也即o(n)的复杂度,这里k是每块存放的数据个数,如果我们存放的数据够小,而每个大块又比较大,这时k足够大,尽管是o(n)的复杂度,但足够小的系数,和有限的n(毕竟内存很有限),可以保证它的平均效率不低,它最坏情况下复杂度是o(n/k)。

vector也可以适配queue和stack。往vector最后压入数据(push_back)时若放不下，则重新分配原来两倍大小的新空间,并将原来的数据拷贝过去,经计算平均复杂度为o(1),最坏情况是o(n)。往前压入数据和弹出每次都会伴随整个数组的移动,但如果采用循环数组的话,队列前后放数据的复杂度与前面分析的pop_back复杂度相同。不足之处是vector可以占用较大内存。stl中stack采用vector适配效率应该不低,可惜的是没有特化的采用循环数组实现的queue<vector>,如果不特化queue<vector>,效率就很差。

list是天生的双端队列,前后伸展都很容易。如果说它不适合,是因为:

1)如果单个数据节点不大,每个节点都加上prev和next两个指针域(占八个字节),实在太浪费了。如数据仅仅是一个int,list就要用三倍的空间!

2)如果空间配置器不支持内存池分配,数据单位字节数少而数量多,产生的内存碎片会很多,还有堆空间前面四个字节的小甜饼占了太多内存,理由跟1)一样,还是内存!

因为项目中不能使用stl也不能使用第三方库,我在c下实现了一个双端队列,它也是两级的,一级是一个链表,链表节点的数据对应一大块空间,也就是对应一个二级的数组。如果只是双端队列的几个操作,效率应该不错。自己写的主要好处是接口清晰,完全仿照stl的,用起来方便。