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容器适配器

STL标准库中stack和queue的底层结构

deque的简单介绍

deque的缺陷

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 

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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和队列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，比如：

deque的简单介绍

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，其底层结构如下图所示：

双端队列底层是一段假象的连续的空间，实际是分段连续的，为了维护其“整体连续”以及随机访问的假象，落在看deque的迭代器身上，因此deque的迭代器设计就比较复杂，如下图所示；

那么deque是如何借助其迭代器维护其假想的连续的结构呢？

deque的缺陷

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。

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。

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：

1.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。

2. 在stack中元素增长时，deque比tvector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

#pragma once
 
#include <iostream>
#include <deque>
 
namespace sim_stack
{
    //提供容器缺省参数值为双端队列
    template<class T, class Container = deque<T>>
    class stack
    {
    public:
        //使用对应容器的构造函数
        stack()
            :_con()
        {}
 
        //push()函数
        void push(const T& val)
        {
            //调用类模版容器的push_back()
            _con.push_back(val);
        }
 
        //pop()函数
        void pop()
        {
            //调用类模版容器的pop_back()
            _con.pop_back();
        }
 
        //top()函数_非const版本
        T& top()
        {
            //调用类模版容器的back()
            return _con.back();
        }
        //const版本
        const T& top() const
        {
            //调用类模版容器的back()
            return _con.back();
        }
 
        //empty()函数
        bool empty()
        {
            //调用类模版容器的empty()
            return _con.empty();
        }
 
        //size()函数
        const size_t& size()
        {
            //调用类模版容器的size()
            return _con.size();
        }
    private:
        //直接使用容器
        Container _con;
    };
}

queue的模拟实现 

#pragma once
 
#include <iostream>
#include <deque>
 
namespace sim_queue
{
    template<class T, class Container = deque<T>>
    class queue
    {
    public:
        //使用类模版容器的构造函数
        queue()
            :_con()
        {}
 
        //push()函数
        void push(const T& val)
        {
            //使用类模版容器的push_back()函数
            _con.push_back(val);
        }
 
        //pop()函数
        void pop()
        {
            //使用类模版容器的pop_front()函数
            _con.pop_front();
        }
 
        //front()函数_非const版本
        T& front()
        {
            //使用类模版容器的front()函数
            return _con.front();
        }
        //const版本
        const T& front() const
        {
            //使用类模版容器的front()函数
            return _con.front();
        }
 
        //back()函数_非const版本
        T& back()
        {
            //使用类模版容器的back()函数
            return _con.back();
        }
        //const版本
        const T& back() const
        {
            //使用类模版容器的back()函数
            return _con.back();
        }
        
        //empty()函数
        bool empty()
        {
            //使用类模版容器的empty()函数
            return _con.empty();
        }
 
        //size()函数
        const size_t size()
        {
            //使用类模版容器的size()函数
            return _con.size();
        }
    private:
        Container _con;
    };
}