目录

容器适配器

STL标准库中stack和queue的底层结构

deque的简单介绍(了解)

deque原理介绍

deque的优缺点 

为什么选择deque作为stack和queue的底层默认容器 

stack的模拟实现

queue的模拟实现

容器适配器

适配器是一种设计模式(设计模式是一套被反复使用的、多数人知晓的、经过分类编目的、代码设计经验的总结)，该种模式是将一个类的接口转换成客户希望的另外一个接口。

STL标准库中stack和queue的底层结构

虽然stack和queue中也可以存放元素，但在STL中并没有将其划分在容器的行列，而是将其称为容器适配器。这是因为stack和queue只是对其他容器的接口进行了包装。STL中stack和queue默认使用deque容器。我们在stack和queue的类模板声明当中可以看出，它们的模板参数有两个，第一个是stack和queue当中所存储的元素类型，而另一个就是指定使用的容器类型。

 

deque的简单介绍(了解)

 在我们了解deque之前，我们先看一下vector和list的简要对比：

• vector的优缺点：

	vector
优点	1、适合尾插尾删 2、适合随机访问 3、cpu高速缓存命中高
缺点	1、不适合头部或者中间插入删除，效率低，需要挪动数据 2、扩容有一定的性能消耗，还存在一定的空间浪费

• list的优缺点：

	list
优点	1、任意位置插入删除效率高。O(1) 2、按需申请释放空间
缺点	1、不支持随机访问 2、cpu高速缓存命中低

• 而deque就是综合了vector和list的优缺点设计出来的：

deque(双端队列)：是一种双开口的"连续"空间的数据结构，双开口的含义是：可以在头尾两端进行插入和删除操作，且时间复杂度为O(1)，与vector比较，头插效率高，不需要搬移元素；与list比较，空间利用率比较高。

deque原理介绍

deque并不是真正连续的空间，而是由一段段连续的小空间拼接而成的，实际deque类似于一个动态的二维数组，为了管理这些连续空间，deque 容器用中控数组（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（如下图所示）。

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。

当中控数组map数组满了的时候，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的优缺点 

• 与vector比较，deque的优势是：头部插入和删除时，不需要搬移元素，效率特别高，而且在扩容时，也不需要搬移大量的元素，因此其效率是必vector高的。此外还支持随机访问。cpu高速缓存命中率高。
• 与list比较，其底层是连续空间，空间利用率比较高，不需要存储额外字段。
• 但是，deque有一个致命缺陷：不适合遍历，因为在遍历时，deque的迭代器要频繁的去检测其是否移动到某段小空间的边界，导致效率低下，而序列式场景中，可能需要经常遍历，因此在实际中，需要线性结构时，大多数情况下优先考虑vector和list，deque的应用并不多，而目前能看到的一个应用就是，STL用其作为stack和queue的底层数据结构。deque也不适合中部的插入删除，因为要挪动数据，效率低。

为什么选择deque作为stack和queue的底层默认容器 

stack是一种后进先出的特殊线性数据结构，因此只要具有push_back()和pop_back()操作的线性结构，都可以作为stack的底层容器，比如vector和list都可以；queue是先进先出的特殊线性数据结构，只要具有push_back和pop_front操作的线性结构，都可以作为queue的底层容器，比如list。但是STL中对stack和queue默认选择deque作为其底层容器，主要是因为：

• stack和queue不需要遍历(因此stack和queue没有迭代器)，只需要在固定的一端或者两端进行操作。
• 在stack中元素增长时，deque比vector的效率高(扩容时不需要搬移大量数据)；queue中的元素增长时，deque不仅效率高，而且内存使用率高。

结合了deque的优点，而完美的避开了其缺陷。

stack的模拟实现

我们知道了容器适配器后，stack的模拟实现就非常简单了，我们只需要调用所指定容器的各个成员函数即可实现stack的各个函数接口。

成员函数	函数作用	实现方法
push	元素入栈	调用所指定容器的push_back
pop	元素出栈	调用所指定容器的pop_back
top	获取栈顶元素	调用所指定容器的back
size	获取栈中有效元素个数	调用所指定容器的size
empty	判断栈是否为空	调用所指定容器的empty
swap	交换两个栈中的数据	调用所指定容器的swap

• 代码实现：

namespace Fan 
{template>class stack{public://元素入栈void push(const T& x){_con.push_back(x);}//元素出栈void pop(){_con.pop_back();}//获取栈顶元素T& top(){return _con.back();}const T& top()const{return _con.back();}//获取栈中有效元素的个数size_t size()const{return _con.size();}//判断栈是否为空bool empty()const{return _con.empty();}//交换两个栈中的数据void swap(stack& st){_con.swap(st._con);}private:Container _con;};
}

queue的模拟实现

利用同样的方式，我们也是通过调用所指定容器的各个成员函数来实现queue的。

成员函数	函数作用	实现方法
push	队尾入队列	调用所指定容器的push_back
pop	队头出队列	调用所指定容器的pop_back
front	获取队头元素	调用所指定容器的front
back	获取队尾元素	调用所指定容器的back
size	获取队列中有效元素个数	调用所指定容器的size
empty	判断队列是否为空	调用所指定容器的empty
swap	交换两个队列中的数据	调用所指定容器的swap

• 代码实现：

namespace Fan 
{template>class queue{public://队尾入队列void push(const T& x){_con.push_back(x);}//队头出队列void pop(){_con.pop_front();}//获取队头元素T& front(){return _con.front();}const T& front()const{return _con.front();}//获取队尾元素T& back(){return _con.back();}const T& back()const{return _con.back();}//获取队列中有效元素个数size_t size()const{return _con.size();}//判断队列是否为空bool empty()const{return _con.empty();}//交换两个队列中的数据void swap(queue& q){_con.swap(q._con);}private:Container _con;};
}