为什么矢量前没有推/弹？

Question

在C ++，STL中，我们有模板类<vector>。 我们知道它支持O(1)随机访问和尾部修改。 我的问题是为什么我们不在<vector>中定义push_front或pop_front？

一种解释是，如果我们想在向量的前面推/弹元素，我们必须将数组中的每个元素移动一步，这将花费O(n)。

但我认为并非总是如此。考虑到如果我们使用循环数组实现<vector>，我们可以从向量的前端和尾部实现O(1)推送/弹出，而不会失去O(1)随机访问的能力。所以我个人认为没有任何理由，而不仅仅是一个小的开销，而不是为push_front实施pop_front / <vector>。有什么想法吗？

Answer 1

  

一种解释是，如果我们想在向量的前面推/弹元素，我们必须将数组中的每个元素移动一步，这将花费O（n）

你是绝对正确的，push_front无法快速运行，因为除了可能的重新分配之外，所有项目都需要复制一个位置。这为n个对象提供了O（n ² ）的摊销性能，这不是图书馆设计者想要鼓励的。

  

考虑到我们实现<vector>圆形数组

使用循环数组实现向量使得实现几个对于向量必须为true的重要保证变得更加困难。例如，vector必须保证如果迭代器a指向索引低于迭代器b的元素，则a < b。当vector是线性的时，比较归结为比较迭代器a和b所指向的元素的地址。使用循环数组实现时，需要考虑向量原点的地址，现在可以在分配的内存块中间。

另一个保证会被违反的是：

  

当v是vector<T>时，T是bool以外的任何类型，n是零和矢量大小之间的数字{{1}身份必须是真的。

使用圆形数组无法实现。

Answer 2

实际上，这个 是一个现实的要求。据我所知，标准中没有任何内容要求向量在元素（v.prefix_capacity()）之前不能有缓冲，就像之后的（v.capacity() - v.size() ）。这可以保证v.push_front()和v.push_back()的运行时间相同，而对于那些不使用它的用户则没有任何成本。此外，它可以保证O（1）v.pop_front()，尽管通过使迭代器无效。想写一个提案吗？

同时，你可以用vector创建一个模板（devector？），其中：

• 的字段pre_capacity_已初始化为0，而getter pre_capacity()
• 实现pre_reserve(size_t i)，它们同时调用：
  • reserve(capacity() - pre_capacity_ + i)
  • pre_capacity_ += i
• 实施operator[](size_t i)并委托给v[i + pre_capacity()]
• 实施at(size_t i)并委托给v.at(i + pre_capacity())
• 实施begin()并委托给v.begin() + pre_capacity()
• 将所有其他方法委托给vector

或者您可以跟踪您从前面推送/弹出的元素数量:)。

Answer 3

实施去矢量化带来两个挑战：

• 保留O（1）随机访问权限（与deque不同）。
• O（1）向两侧（正面或背面）推动操作，这是双端队列的好处。

这两种方法都可以通过以下方式实现：

• 实现一个devector类，该类从std :: vector公开继承。因此，我们有std :: vector API可用，“只是”需要覆盖需要覆盖的方法。
• 继承的向量（基类）将用于常规的push_back插入。
• devector类还将具有一个私有的std :: vector成员，让我们将其称为 front_insertions 。
• 对devector的任何push_front都会对 front_insertions （私有成员向量）执行push_back。
• devector的大小将是两个大小的总和：继承的向量和 front_insertions 的大小。
• 对索引i的元素的随机访问将以以下方式实现： 如果 front_insertions 为空，我们将按原样重用继承的随机访问方法。否则，如果我< front_insertions.size（），我们将访问 front_insertions [front_insertions.size（）-1-i] 。否则，我们访问继承向量的 [i-front_insertions.size（）] 。
• 显然，可以重写其他一些std :: vector方法，例如emplace_back，emplace_front，at等。我专注于保留O（1）的随机访问权，并推向任一侧。