C++初阶（十五）Stack和Queue

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一、Stack的模拟实现

#include
#include
#include
using namespace std;
namespace bit
{
	template<class T, class Container = deque<T>>
	class stack
	{

	public:
		void push(const T& x)
		{
			_con.push_back(x);
		}
		void pop()
		{
			_con.pop_back();
		}
		size_t size()
		{
			return _con.size();
		}
		bool empty()
		{
			return _con.empty();
		}
		T& top()
		{
			return _con.back();
		}

	private:
		Container _con;

	};
}
int main()
{
	bit::stack<int,list<int>> v;
	v.push(1);
	v.push(2);
	v.push(3);

	while (!v.empty())
	{
		cout << v.top() << " ";
		v.pop();
	}
	return 0;
}

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二、Queue的模拟实现

#include
#include
#include
using namespace std;
namespace bit
{
	template<class T, class Container = deque<T>>
	class queue
	{

	public:
		void push(const T& x)
		{
			_con.push_back(x);
		}
		void pop()
		{
			_con.pop_front();
		}
		size_t size()
		{
			return _con.size();
		}
		bool empty()
		{
			return _con.empty();
		}
		T& front()
		{
			return _con.front();
		}

	private:
		Container _con;

	};
}
int main()
{
	bit::queue<int,list<int>> v;
	v.push(1);
	v.push(2);
	v.push(3);

	while (!v.empty())
	{
		cout << v.front() << " ";
		v.pop();
	}
	return 0;
}

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三、容器适配器

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。

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queu默认使用deque，比如：

3、 deque的简单介绍(了解)

1、deque的原理介绍

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？

2、deque的缺陷

1、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。
2、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。
3、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。

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(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。