STL——容器适配器、deque

一、容器适配器

1.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、多数人所知晓的、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

        stack和queue也可以存放元素，但是STL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queue只是对其他容器的接口进行了包装，STL中stack和queue底层容器默认使用的是deque。

二、deque简介

1. deque的原理

1.1 deque（双端队列）

        是一种双开口“连续”空间的数据结构。双开口是指：可以在头尾两端进行插入和删除操作，且时间复杂度位O(1)。与vector相比，头插效率高，不需要搬移元素；与list相比，空间利用率比较高。

1.2 deque的空间

        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，实际deque类似于一个动态的二维数组，其底层结构图如下所示：

         若头插（尾插），但是缓冲区已满，则会再开辟一块空间记录到中控器中的前一个（后一个）位置中，然后往新的缓冲区中插入元素。

        若map（中控器满载），则会重新申请一块更大的map，并记录原先map对应位置所记录的缓冲区即可（即将原先map中记录的地址拷贝到新map中），不需要改变原先的缓冲区。

1.3 deque的迭代器

        双端队列表面上是一段连续的空间，然而其底层实际是分段连续的，为了维护其“整体连续”以及随机访问的假象，那么其实现就落到了其迭代器上，因此deque的迭代器设计就比较复杂：

 

first：指向当前缓冲区的起始；

last：指向当前缓冲区的末尾；

cur：指向当前所访问的元素；

node：指向当前所访问的缓冲区的地址在map中的存储位置。

        在遍历元素时，当cur与last（first）相同时，则对node进行++（--），然后重新赋值first、last、cur，让其分别指向node指向的新缓冲区的起始、末尾、第一个元素。

2. deque的缺陷

优势：

（1）与vector相比，deque的优势是头部插入和删除时，不需要搬移元素，效率高，而且在扩容时，也不需要搬移大量的元素。因此其效率比vector高。

（2）与list相比，其底层空间是“连续”空间，空间利用率比较高，不需要存储额外字段。

缺陷：

        不适合遍历：因为在遍历时，迭代器的每一次++（--）前，都会先对cur进行检测是否已经到达某段缓冲区的边界，频繁的检测导致效率低下。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，大多情况下优先考虑vector和list，deque的应用并不多。

3.为什么选择deque作为stack和queue的底层默认容器

        stack是一种先进后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。

采用deque作为默认底层容器的原因：

（1）stack和queue不需要遍历，只需要在固定一端或两端进行操作；

（2）在stack中元素增长时，deque扩容时不需要搬移大量数据，效率比vector高；queue中元素增长时，deque不仅效率高，而且内存利用率高。

stack和queue的特性，集合了deque的优点，且完美避开了deque的缺陷。