目录

 1. 容器适配器

2. 栈的模拟实现

3. 队列的模拟实现

4. 双端队列deque 

4.1 deque的原理介绍

 4.2 deque的缺陷

4.3 为什么选择deque作为stack和queue的底层默认容器

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本篇文章主要讲解  stack 和 queue  的相关内容

 std::stack 是一个模板类，定义在 <stack> 头文件中，它基于其他的底层容器来实现栈的功能。默认情况下，std::stack 使用 std::deque 作为其底层容器，但也可以使用其他 STL 容器，如 std::vector 或 std::list。

基本操作

1. 压入元素： 使用 push() 成员函数将元素推入栈顶。

2. 弹出元素： 使用 pop() 成员函数从栈顶移除元素。

3. 访问栈顶元素： 使用 top() 成员函数获取栈顶元素的引用，但不会将其从栈中移除。

4. 判断栈是否为空： 使用 empty() 成员函数检查栈是否为空。

5. 获取栈的大小： 使用 size() 成员函数获取栈中元素的数量。

std::queue 是一个模板类，定义在 <queue> 头文件中，它基于其他的底层容器来实现队列的功能。默认情况下，std::queue使用 std::queue 作为其底层容器，但也可以使用其他 STL 容器，如 std::list。

基本操作

1. 入队操作： 使用 push() 成员函数将元素推入队列的末尾。

2. 出队操作： 使用 pop() 成员函数从队列的头部移除元素。

3. 访问队列头部元素： 使用 front() 成员函数获取队列头部元素的引用，但不会将其从队列中移除。

4. 访问队列尾部元素： 使用 back() 成员函数获取队列尾部元素的引用，但不会将其从队列中移除。

5. 判断队列是否为空： 使用 empty() 成员函数检查队列是否为空。

6. 获取队列的大小： 使用 size() 成员函数获取队列中元素的数量。

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 1. 容器适配器

如果按照正常的思路实现stack，那么其中的元素应该有：

class stack
{

private:
	int _top;
	int _size;
	int _capacity;
};

但是，在C++中，用了适配器的模式，何为适配器呢？

我们知道stack模拟实现的过程与vector类似，那我们能否用vector来实现stack呢？

肯定是可以的，容器适配器是一种设计模式，它提供了一种简单的方式来修改或扩展现有容器的接口，以满足特定的需求或限制。

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2. 栈的模拟实现

我们在实现栈的时候就可以用到容器适配器的模式，只需要在传模板参数的时候多加一个参数即可：

template<class T, class Container = vector<T>>
class stack
{
public:
	void push(const T& val)
	{
		_con.push_back(val);
	}
	void pop()
	{
		_con.pop_back();
	}
	size_t size() const
	{
		return _con.size();
	}
	bool empty()
	{
		return _con.empty();
	}
	T& top()
	{
		return _con.back();
	}
private:
	Container _con;
};
void stack_test1()
{
	stack<int> st;
	st.push(1);
	st.push(2);
	st.push(3);
	st.push(4);
	st.push(5);
	while (!st.empty())
	{
		cout << st.top() << " ";
		st.pop();
	}
	cout << endl;
}

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3. 队列的模拟实现

类似的，我们可以用容器适配器来模拟实现队列：

template<class T, class Container = vector<T>>
class stack
{
public:
	void push(const T& val)
	{
		_con.push_back(val);
	}
	void pop()
	{
		_con.pop_back();
	}
	size_t size() const
	{
		return _con.size();
	}
	bool empty()
	{
		return _con.empty();
	}
	T& top()
	{
		return _con.back();
	}
private:
	Container _con;
};
void stack_test1()
{
	stack<int> st;
	st.push(1);
	st.push(2);
	st.push(3);
	st.push(4);
	st.push(5);
	while (!st.empty())
	{
		cout << st.top() << " ";
		st.pop();
	}
	cout << endl;
}

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4. 双端队列deque 

4.1 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想的连续空间，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？

 4.2 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

4.3 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.。