C++学习之路，从0到精通的征途：stack_queue的模拟实现及deque原理介绍

目录

一.容器适配器

1.什么是适配器

2.STL标准库中stack和queue的底层结构

3.deque的原理介绍 

deque是如何借助其迭代器维护其假想连续的结构呢？

头插

尾插 

遍历 

4.deque的优缺点

二.stack的模拟实现

三.queue的模拟实现

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一.容器适配器

1.什么是适配器

        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queue默认使用deque，比如：

3.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：

        图中map为中控数组，来控制一维数组buffer中的数据，当中控数组满载时，会进行realloc扩容。

        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：

        

        迭代器中有4个成员变量，first指向当前buffer数组的头部，last指向当前buffer数组尾部，cur指向当前buffer数组中访问到的结点，node为二级指针，指向中控数组中指向buffer数组的指针。 

        deque是如何借助其迭代器维护其假想连续的结构呢？

        deque的start(iterator)用来控制中控数组中所指向的第一个buffer，finish(iterator) 用来控制中控数组中所指向的最后一个buffer。

头插

        对于deque的头插，如果当前first所指向的buffer数组的头部还有空间，则直接在cur所指向的位置插入，如果当前first所指向的buffer数组的头部没有空间，那么在中控数组中重新申请一个buffer，更新first，再在cur位置进行插入操作：

        

尾插 

        对于deque的尾插，如果当前finish所指向的buffer数组的尾部还有空间，则直接在cur所指向的位置插入，如果当前finish所指向的buffer数组的尾部没有空间，那么在中控数组中重新申请一个buffer，更新finish，再在cur位置进行插入操作： 

 

遍历 

        对于deque的遍历，可以通过begin()与end()中cur的比较来进行，当begin()中的cur与end()中的cur相等时，说明遍历已完成，而cur在向后遍历的过程中，与list中的迭代器类似，在当前连续空间走完后，需要更新cur进入下一个buffer继续遍历，所以我们这里要将迭代器的++进行重载，这里进行一个简单的实现：

4.deque的优缺点

优点：

1.头尾插入删除效率很高，适合做stack和queue的默认适配容器。

2.下标随机访问效率也不错，与vector相比差一点

缺点：

1.中间位置插入删除效率一般

2.对比vector和list没有那么极致

二.stack的模拟实现

namespace my_stack
{// 只要支持push_back，pop_back等接口函数接可以作为stack的容器适配器// 将适配器的尾部作为栈的开口方向,从而实现先进后出template<class T, class Container = deque<T>>class stack{public:stack(){}void push(const T& x){_con.push_back(x);}void pop(){_con.pop_back();}T& top(){return _con.back();}const T& top() const{return _con.back();}size_t size() const{return _con.size();}bool empty() const{return size() == 0;}private:Container _con;};
}

三.queue的模拟实现

namespace my_queue
{// 将容器适配器的头部作为队头，将尾部作为队尾，从而实现先进先出template<class T, class Container = deque<T>>class queue{public:queue(){}void push(const T& x){_con.push_back(x);}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 size() == 0;}private:Container _con;};
}