C++的stack和queue

1.stack

stack的模拟实现

从栈的接口中可以看出，栈实际是一种特殊的vector，因此使用vector完全可以模拟实现stack。

#pragma once
#include<assert.h>namespace zxj
{//template<class T,class Container=vector<T>>//template<class T,class Container=list<T>>template<class T,class Container=deque<T>>class stack{public:void push(T val){_con.push_back(val);}void pop(){_con.pop_back();}T& top(){return _con.back();}const T& top()const{return _con.back();}size_t size(){return _con.size();}bool empty(){return _con.empty();}private:Container _con;};void TestStack(){stack<int>st;st.push(1);st.push(2);st.push(3);st.push(4);while (!st.empty()){cout << st.top() << " ";st.pop();}cout << endl;}
}

2.queue

底层容器要满足以下操作

queue的模拟实现

#pragma once
#include<assert.h>namespace zxj
{//template<class T, class Container = list<T>>template<class T, class Container = deque<T>>class queue{public:void push(T val){_con.push_back(val);}void pop(){_con.pop_front();}T& back(){return _con.back();}const T& back()const{return _con.back();}T& front(){return _con.front();}const T& front()const{return _con.front();}size_t size(){return _con.size();}bool empty(){return _con.empty();}private:Container _con;};void TestQueue(){queue<int>st;st.push(1);st.push(2);st.push(3);st.push(4);while (!st.empty()){cout << st.front() << " ";st.pop();}cout << endl;}
}

3.容器适配器

3.1. 什么是容器适配器

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。

3.2. 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：

3.3. deque的简单介绍

3.3.1. deque原理介绍

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，落在了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deque是如何借助其迭代器维护其假想连续的结构呢？

3.3.2. 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。

3.3.3. 为什么选择deque作为stack和queue的底层默认容器