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前言
在介绍完string、vector、list类之后，对应着数据结构，应该介绍栈和队列了吧，yes！但是string、vector、list类是容器，而这里的栈和队列是属于容器适配器，既然谈到了适配器，这篇文章就把适配器的相关内容介绍一下吧，包括基本介绍、deque、stack、queue、priority_queue以及反向迭代器，难以理解的内容不多，主要通过这些内容将适配器是什么、适配器有什么用理解明白即可，而这些内容本身并没有什么复杂的东西，快往下看吧！
适配器介绍
适配器（Adapter）是一种软件设计模式，它允许将接口不兼容的类或对象组合在一起工作。适配器模式相当于两个不相容的接口之间的中间层，它转换一个接口，以便让另一个接口能够与之兼容，从而使得两个不兼容的接口可以协同工作，即将一个类的接口转换为客户希望的另外一个接口。 ——摘抄引用
适配器分为多种，今天我们讨论的是容器适配器，其他种后面遇到再总结，容器适配器是一种特殊类型的容器，它们提供了一种不同于标准容器的接口，但基于现有的 STL容器实现，以支持特定类型的操作。
容器适配器可以被认为是容器的封装，它们使用已有容器的接口来实现常用的数据结构。比如栈、队列、优先队列，它们都是基于vector、deque或list等现有容器实现的。使用容器适配器可以更轻松地实现常见的数据结构，并且可以避免手动实现底层数据结构的复杂性和错误。
deque介绍（了解）
deque（double-ended queue）是双端队列，可以在两端进行插入和删除操作，是高效的O(1)时间复杂度的操作，也可以在中间插入删除，但时间复杂度是O(N)，deque可以看作是一个“数组”，但它并不是真正连续的空间，而是一段段连续的空间拼接，拼接的方法就是使用了链表的思想，连续的空间是使用了顺序表的思想，所以说，deque是与顺序表和链表对齐，而不是与栈和队列对齐。
deque的常用操作包括push_front、push_back、pop_front、pop_back、insert、erase等（如图一），逻辑结构如图二所示。
比如说，一小块连续空间的大小能存放3个（实际情况可以改，这里为了简化理解），先尾插1，2，3，4，再头插5，6，如下图。
容器适配器与普通容器的联系
说了半天适配器，又介绍了deque容器，那容器适配器与普通容器到底有啥区别，或者有啥联系，我们先看看官方文档中的栈与队列类的模板列表，如下图。
可以发现，栈和队列的类模板列表中出现了Container的类型名，也就是在定义栈和队列时不仅需要传入数据类型，还要传入所使用的底层容器，而且可以发现，栈和队列的默认底层容器是deque，当然也可以使用vector或者list容器，这就是容器适配器与普通容器的联系。
那为什么源码会使用deque作为栈和队列的默认底层容器呢？先来看一下deque对比vector和list的优势和劣势吧。①deque更适合头尾的插入删除，复杂度都是O(1)，因为vector头尾插入时需要移动大量元素，list插入过多时需要扩容，不断向OS申请空间；②deque在中间插入删除效率并不高，而且并不适合遍历，这两点加起来就能充分说明deque很适合作为栈和队列的默认底层容器，而且可以看出栈和队列正是deque优点的结晶，这是deque应用之一，实则能应用到deque的地方并不多。
stack模拟实现
通过数据结构课程的学习我们知道，栈可以使用数组也可以使用链表形式实现，所以这里底层容器Container可以使用vector或者list，但是官方使用了上面介绍的deque容器实现。
stack类成员就是使用传过来的容器类定义的一个对象，无需构造函数和析构函数，因为成员变量只有一个自定义类型，构造和析构都是去调用它自己的函数，然后就是将stack所需的接口使用指定类实现即可，包括压栈、出栈、访问栈顶、以及对应const对象所对应的函数。
代码：
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();
}
const T& top() const
{
return _con.back();
}
bool empty() const
{
return _con.empty();
}
size_t size() const
{
return _con.size();
}
private:
Container _con;
};queue模拟实现
队列的实现与栈一致，默认底层容器也是deque，唯一不同点就是队列的接口与栈不同，注意即可。
代码：
template <class T, class Container = deque<T>>
class Queue
{
public:
void push(const T& x)
{
_con.push_back(x);
}
void pop()
{
_con.pop_front();
}
T& front()
{
return _con.front();
}
const T& front() const
{
return _con.front();
}
T& back()
{
return _con.back();
}
const T& back() const
{
return _con.back();
}
bool empty() const
{
return _con.empty();
}
size_t size() const
{
return _con.size();
}
private:
Container _con;
};priority_queue模拟实现
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介绍
priority_queue叫做优先队列，是队列的一种，也就说大部分实现也是与普通队列一致，核心不同点在于优先队列中的元素被赋予优先级。当出队时，优先级最高的元素先出队。在一个优先队列中，元素的顺序不仅仅取决于它们进入队列的顺序，还取决于它们的优先级。这里的优先级可以自己通过仿函数Com设置，比如整数中越大的优先级越高，或者字符串相比越大优先级越高，当然，底层容器Container也是可以自己设置，可以设置为vector、list、deque。
-
实现
官方设置vector作为priority_queue的底层容器，在vector的基础上又设置了堆算法将vector的元素构造成堆的结构，也可以说priority_queue就是个堆，且默认是大堆。
priority_queue的成员变量也是底层容器定义的一个对象，而且上面提到priority_queue就是个堆，所以需要构造函数将传入的元素先构造成一个堆，这里使用传迭代器构造的方式，实现过程就是在数据结构课程中学习的建队的过程，即从最后一个非叶节点开始从后向前对每个节点调用向下调整算法。值得注意的是，同时要写一个默认构造函数（无参或者全缺省的普通构造函数），否则就会报“没有默认构造函数”的错。
入队操作（push）就是先尾插元素，再对此元素调用向上调整算法形成一个堆，出队操作（pop）就是将优先级最高的元素（即堆顶）与最后一个元素交换，将优先级最高元素pop出去，再对新堆顶元素调用向下调整算法形成一个堆，其他操作包括但不限于访问堆顶元素、判空等。
代码：
template <class T, class Container = vector<T>, class Com = less<T> >
class Priority_queue
{
public:
Priority_queue()
{
}
template <class InputIterator>
Priority_queue(InputIterator first, InputIterator last)
{
//插入数据
while (first != last)
{
_con.push_back(*first);
first++;
}
//建堆
for (int i = (_con.size() - 1 - 1) / 2; i >= 0; i--)
{
adjust_down(i);
}
}
void adjust_up(size_t child)
{
Com com;
size_t p = (child - 1) / 2;
while (child != 0)
{
//if (_con[child] > _con[p])
//if (_con[p] < _con[child])
if (com(_con[p], _con[child]))
{
std::swap(_con[child], _con[p]);
}
else
break;
child = p;
p = (child - 1) / 2;
}
}
void push(const T& x)
{
_con.push_back(x);
adjust_up(_con.size() - 1);
}
void adjust_down(size_t parent)
{
Com com;
size_t ch = parent * 2 + 1;
while (ch < _con.size())
{
//if (ch < _con.size() - 1 && _con[ch + 1] > _con[ch])
//if (ch < _con.size() - 1 && _con[ch] < _con[ch + 1])
if (ch<_con.size() - 1 && com(_con[ch], _con[ch + 1]))
{
ch++;
}
//if (_con[ch] > _con[parent])
//if (_con[parent] < _con[ch])
if (com(_con[parent] , _con[ch]))
{
std::swap(_con[parent], _con[ch]);
}
else
break;
parent = ch;
ch = parent * 2 + 1;
}
}
void pop()
{
std::swap(_con.front(), _con.back());
_con.pop_back();
adjust_down(0);
}
bool empty() const
{
return _con.empty();
}
T& top()
{
return _con.front();
}
const T& top() const
{
return _con.front();
}
private:
Container _con;
};反向迭代器模拟实现
-
介绍
在介绍string、vector、list的迭代器过程中，无论是原生指针还是包装成一个类，我们都只了解到了普通迭代器和const迭代器，当初在了解stl的六大件时得知，迭代器不止有那些，还有反向迭代器以及反向const迭代器，之前是因为还未了解到适配器，所以将反向迭代器的介绍留在了这里。那为什么将反向迭代器留在适配器的地方讲呢？是因为反向迭代器是一个迭代器适配器，传进一个容器的迭代器，就能适配出对应的反向迭代器。
与正向迭代器类似，反向迭代器可以倒序遍历容器中的元素，通过调用rbegin()和rend()方法获取反向迭代器的起始和结束位置，同时也可以使用*、->、++等操作符进行访问和移动。
注意：也不是所有容器的迭代器都可以适配出反向迭代器，比如<forward_list>（单链表）、<unordered_map>、<unordered_set>，这些容器都不能逆向遍历。
-
实现
根据介绍，反向迭代器也是使用类模板实现，模板参数中传入对应容器迭代器，再传入操作符*、->所需的数据类型的引用和指针形式。
提到说反向迭代器是适配器，去调用对应容器适配器的接口以实现自己的接口，所以成员变量就是容器迭代器的类所定义的一个对象，构造函数则是根据传入的容器迭代器对象初始化反向迭代器对象。运算符++、--也是很简单，反向迭代器的++对应正向的--，反向的--对应正向的++。
stl规定：rbegin对应end，rend对应begin，如下图
这样的规定就导致了 解引用操作就是解引用当前迭代器的前一个迭代器，也是得到前一个迭代器的值，即先让迭代器--，再取值（如代码所示），同时->操作是取前一个迭代器的值的地址。而对于关系操作符则是比较成员对象（容器迭代器）是否相等，不做过多赘述。
代码：
template <class Iterator, class Ref, class Ptr>
class __reverse_iterator
{
public:
//此typedef仅是简化反向迭代器的名字，无其他作用
typedef __reverse_iterator<Iterator, Ref, Ptr> RIterator;
Iterator _cur;
__reverse_iterator(Iterator x)
:_cur(x)
{
}
RIterator& operator++()
{
--_cur;
return *this;
}
RIterator& operator--()
{
++_cur;
return *this;
}
Ref operator*()
{
Iterator tmp = _cur;
return *--tmp;
}
Ptr operator->()
{
return &(operator*());
}
bool operator!=(const RIterator& x)
{
return _cur != x._cur;
}
};-
在list类中调用
在有了list迭代器和const迭代器的基础上，传入反向迭代器类模板，形成了list的反向迭代器的类__reverse_iterator<iterator, T&, T*>，根据stl规定，rbegin对应end，rend对应begin，对应情况如下图。
注意：对于rbegin()的返回值reverse_iterator(end())，是通过传入end()迭代器构造一个反向迭代器传回，不过不显式构造也行，直接return end()就存在隐式类型转换，也是会调用构造函数构造，其他成员函数也如此。
代码：
//这里的iterator就是list迭代器，const_iterator就是list的const迭代器
//typedef作用是简化类名
typedef __reverse_iterator<iterator, T&, T*> reverse_iterator;
typedef __reverse_iterator<const_iterator, const T&, const T*> const_reverse_iterator;
reverse_iterator rbegin()
{
return reverse_iterator(end());
}
reverse_iterator rend()
{
return reverse_iterator(begin());
}
const_reverse_iterator rbegin() const
{
return const_reverse_iterator(end());
}
const_reverse_iterator rend() const
{
return const_reverse_iterator(begin());
}
-
在vector类中调用
调用情况与list中一致，多写一份调用就多份理解，仔细琢磨一下。
代码：
//这里的iteratior是vector类的迭代器
typedef __reverse_iterator<iterator, T&, T*> reverse_iterator;
typedef __reverse_iterator<const_iterator, const T&, const T*> const_reverse_iterator;
reverse_iterator rbegin()
{
return reverse_iterator(end());
}
reverse_iterator rend()
{
return reverse_iterator(begin());
}
const_reverse_iterator rbegin() const
{
return const_reverse_iterator(end());
}
const_reverse_iterator rend() const
{
return const_reverse_iterator(begin());
}后记
目前阶段，适配器相关内容大概就包括以上内容，完整看下来的话可以发现，适配器就是借用已有容器的接口实现自己专用的接口，比如，你有苹果13（有苹果13的充电器），有一天你又买了一部苹果14，但没有苹果14的充电线，就用13的充电器，的确也可以冲，但是冲得慢且有时接触不良，效果不好，所以你就想，有苹果13的充电器，能不能买个转接头，插在13的充电器的头上就可以给14充电了，而且充电迅速且效果好。此时，转换头就是所谓的适配器。
这么说，应该就很好理解了，上面常见的适配器相关介绍还有不懂的可以私我也可以评论区，加油，拜拜！