深入浅出C++ ——容器适配器

一、容器适配器

适配器的概念

  适配器是STL六大核心组件之一，它是一种设计模式，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，通过限制模型的功能以让它满足另一个模型的功能，相当于改变了接口，但实现不变。

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设计模式的概念

  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。

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stack和queue

  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。

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二、deque类简介

   deque中文为双端队列，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。

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1. deque的原理

   deque 容器存储数据的空间是由一段一段等长的连续空间构成，各段空间之间并不一定是连续的，可以位于在内存的不同区域。为了管理这些连续空间，deque 容器用数组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。

   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。如果 map 数组满了，再申请一块更大的连续空间供 map 数组使用，将原有数据拷贝到新的 map 数组中，然后释放旧的空间。

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2. deque迭代器

   deque 容器除了维护先前讲过的 map 数组，还需要维护 start、finish 这 2 个 deque 迭代器。start 迭代器记录着 map 数组中首个连续空间的信息，finish 迭代器记录着 map 数组中最后一个连续空间的信息。另外需要注意的是，和普通 deque 迭代器不同，start 迭代器中的 cur 指针指向的是连续空间中首个元素；而 finish 迭代器中的 cur 指针指向的是连续空间最后一个元素的下一个位置。

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3. deque的优点和缺陷

   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。

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4. 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，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vector的效率高，因为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。