【C++】详解STL容器之一的deque和适配器stack，queue

deque的概述

deque的设计参考了另外两大容器vector和list。可参考下面两篇文章

vector容器管理的是线性空间，vector的容器是单向开口。这说明vector的容器的头部插入，头部删除的时间效率是O(N)，尾部插入，尾部删除的效率是O(1)。

与之相对的deque所管理的空间也可以看作是线性空间。deque的线性空间是双向开口。这说明deque容器的头部插入，头部删除，尾部插入，尾部删除的效率是O(1)。

deque管理的空间不够时，不需要像vector那样成倍的扩容。此时，管理一段线性空间的deque却能像list的那样一小段一小段的扩容，并且还能保证自己管理的依旧是一段线性空间。

既然deque管理的是一段线性的空间，那一定支持随机访问，那么在deque的容器中排序的效率怎么样呢？实际上，在deque容器中的排序效率并不理想，在一亿这个数据量级，用deque容器排序的用时是用vector容器排序用时的五倍。现在给出如下两个方案，方案一：直接用deque排序。方案二：把deque容器中的数据拷贝给vector，让vector排序，再把排好的数据拷贝给deque。方案一的效率也远远的不如方案二。

从排序的效率中可以看出，deque容器管理的线性空间是一种假象。

deque空间的结构

deque会开一小段空间存数据，如果空间不够，会再开一小段相等大小的空间，这一小段空间称为缓冲区，这些缓冲区的才是deque容器存数据的空间。而这些一小段一小段的空间的指针会按一定顺序存入一段名为map的连续的空间，map就是管理所有缓冲区的中控器，如下图

如下是源码定义

template <class T, class Alloc = alloc, size_t BufSize = 0>
class deque
{
public:
typedef T value_type;
typedef value_type* pointer;
 
//......
protected:
typedef pointer* map_pointer;  //指向数据的指针
 
protected:
map_pointer map; //储存指针空间的map，本质是个二级指针,map指向的连续的空间
 
size_t map_size; //map可容纳指针的个数
}

deque的迭代器

要让如此复杂的空间关系在上层表现的像线性空间一样，需要设计一个很复杂的迭代器。源码的迭代器封装了四个指针。

T* cur; 用来遍历缓冲区，也可以用来数据的存取

T* first; 指向缓冲区的头

T* last; 指向缓冲区的尾

map_pointer node; 指向中控器的指针，被指向的指针又指向该缓冲区

用如此复杂的迭代器想要随机访问数据是要付出代价的，因为缓冲区在内存中是不连续的，想要从一个缓冲区去下一个缓冲区，必须通过迭代器的node指针在中控器的空间上偏移实现。这便是用deque容器排序效率不高的原因。

deque的数据设计

iterator start; 用一个迭代器指向第一个缓冲区

iterator finish; 用一个迭代器指向最后一个缓冲区

map_pointer map; 指向中控器，方便管理中控器

size_type map_size; 中控器中有多少指针

deque的优缺点

总结一下deque容器的优缺点

deque优点：

与vector比较，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，头插头删，尾插尾删的效率很高

与list比较，其底层是连续空间，空间利用率比list较高，不需要存储额外字段。缓存命中率比list高

deque缺点：

与vector比较，deque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，因此用deque容器排序的效率也是低下的

与list比较：deque不适合在中间插入数据，因为需要挪动数据。而list只需改变指向关系即可。

vector和list都有很明显的优点和很明显的缺点，deque就好像夹在vector和list中间的容器，找不到很亮眼的优点。

适配器的概念

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queue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：

STL在实现stack， queue时，并没有再去设计一个容器，而是直接复用其他容器，这便是适配器。这是一种设计思想。

stack的概述

stack别名为栈，栈是一种先进后出的数据结构。栈只有一个开口，只能从这个开口入数据和出数据。

栈没有迭代器，这说明栈是不允许遍历的。

栈的底层可以适配vector容器，list容器，deque容器，默认适配deque容器

stack的模拟实现

#include<vector>
#include<list>
#include<deque>
 
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();
    }
 
    T& top()
    {
      return _con.back();
    }
 
    size_t size()
    {
      return _con.size();
    }
 
    bool empty()
    {
      return _con.empty();
    }
  private:
    Container _con;
  };

queue的概述

dueue别名为队列，队列是一种先进先出的数据结构。队列只能队尾如数据，队头出数据。

队列没有迭代器，这说明队列是不允许遍历的。

队列的底层可以适配list容器，deque容器，默认适配deque容器

queue的模拟实现

#include<vector>
#include<list>
#include<deque>
 
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();
      //_con.erase(_con.begin());
    }
 
    T& front()
    {
      return _con.front();
    }
 
    T& back()
    {
      return _con.back();
    }
 
    size_t size()
    {
      return _con.size();
    }
 
    bool empty()
    {
      return _con.empty();
    }
  private:
    Container _con;
  };