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为什么选择deque作为stack和queue的底层默认容器
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。
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:
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的空间,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,落在看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;
那么deque是如何借助其迭代器维护其假想的连续的结构呢?
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。
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tvector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。
- #pragma once
-
- #include <iostream>
- #include <deque>
-
- namespace sim_stack
- {
- //提供容器缺省参数值为双端队列
- template<class T, class Container = deque<T>>
- class stack
- {
- public:
- //使用对应容器的构造函数
- stack()
- :_con()
- {}
-
- //push()函数
- void push(const T& val)
- {
- //调用类模版容器的push_back()
- _con.push_back(val);
- }
-
- //pop()函数
- void pop()
- {
- //调用类模版容器的pop_back()
- _con.pop_back();
- }
-
- //top()函数_非const版本
- T& top()
- {
- //调用类模版容器的back()
- return _con.back();
- }
- //const版本
- const T& top() const
- {
- //调用类模版容器的back()
- return _con.back();
- }
-
- //empty()函数
- bool empty()
- {
- //调用类模版容器的empty()
- return _con.empty();
- }
-
- //size()函数
- const size_t& size()
- {
- //调用类模版容器的size()
- return _con.size();
- }
- private:
- //直接使用容器
- Container _con;
- };
- }

- #pragma once
-
- #include <iostream>
- #include <deque>
-
- namespace sim_queue
- {
- template<class T, class Container = deque<T>>
- class queue
- {
- public:
- //使用类模版容器的构造函数
- queue()
- :_con()
- {}
-
- //push()函数
- void push(const T& val)
- {
- //使用类模版容器的push_back()函数
- _con.push_back(val);
- }
-
- //pop()函数
- void pop()
- {
- //使用类模版容器的pop_front()函数
- _con.pop_front();
- }
-
- //front()函数_非const版本
- T& front()
- {
- //使用类模版容器的front()函数
- return _con.front();
- }
- //const版本
- const T& front() const
- {
- //使用类模版容器的front()函数
- return _con.front();
- }
-
- //back()函数_非const版本
- T& back()
- {
- //使用类模版容器的back()函数
- return _con.back();
- }
- //const版本
- const T& back() const
- {
- //使用类模版容器的back()函数
- return _con.back();
- }
-
- //empty()函数
- bool empty()
- {
- //使用类模版容器的empty()函数
- return _con.empty();
- }
-
- //size()函数
- const size_t size()
- {
- //使用类模版容器的size()函数
- return _con.size();
- }
- private:
- Container _con;
- };
- }

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