容器与容器适配器

本文通过分析STL中容器与容器适配器的关系,详细解释了适配器设计模式的概念及其实现方式。以vector、list等容器如何通过适配器转化为stack、queue等数据结构为例,展示了适配器模式的具体应用。

经常在设计模式书籍上看到“适配器”这个词,一直不怎么理解,今天看《c++ primer》9.7节时忽然就豁然开朗了,然后翻看手边《STL源码剖析》发现很多问题就顺势理解了。心情很是欣喜,所以写篇日志记录下。

适配器,这个抽象词的侯捷是这么解释的:修改某物接口,形成另一种风貌。《设计模式--可复用面向对象软件的基础》书本上对适配器设计模式的解释是:将一个类的接口转换成客户希望的另一个接口,adapter模式使得原本由于接口不兼容而不能一起工作的那些类可以一起工作。

好了,上面的两种解释虽然还是抽象,但是接触面向对象思想的都应该有些理解的。那么到底是怎么做的呢?STL库的vector、list、deque与stack、queue、priority-queue的关系很恰当的解释了适配器模式。

把vector, list, deque称为容器,他们对外的表现形式就是向量,链表,双端队列;把stack, queue, priority-queue称为容器适配器,他们对外的表现形式就是栈,队列,优先级队列。

学习数据结构的时候我们就知道,数组、链表都可以用来实现栈数据结构。所以栈(stack)本身是一个适配器,它将容器vector或者list或者deque转换成栈数据结构。

根据数据结构的性质,栈可以使用vector, list, deque作为容器,queue只能使用list作为容器,priority-queue可以使用vector和list作为容器。

我们使用STL库的栈数据结构时,一般我们使用下列方式声明栈:

stack<int> s;

实际上,查看stack的源码可以看到,stack泛型有下面声明语句:

template <class T, class Sequence = deque<T>>

class stack{

……

};

可以知道,我们常用的声明方式,是将第二个模板参数使用默认值了,即默认我们使用了 采用deque作为容器的栈。实际上我们可以使用下面的声明语句声明使用vector和list的栈:

stack<int, list<int>> s1;

stack<int, vector<int>> s2;

以上就是容器与容器适配器的关系啦,学习啦!

### STL 容器容器适配器的区别及使用场景 #### 一、STL 容器概述 STL 中的容器是一种用于管理对象集合的数据结构,按照功能特性可分为三类:序列容器、关联容器无序关联容器。 - **序列容器**是指元素按其加入顺序排列的容器,常见的有 `vector`、`list` `deque`[^5]。这些容器允许用户控制元素的存储位置及其访问方式。 - **关联容器**则是基于键值对的方式存储数据,并自动维护内部元素的有序性,如 `set` `map`[^2]。 - **无序关联容器**利用哈希算法来优化查找速度,例如 `unordered_set` `unordered_map`。 #### 二、容器适配器的概念 容器适配器是对已有容器的一种封装形式,通过限制某些操作或改变接口行为,使原生容器能够适应特定的应用需求。C++ 标准库中定义了三种常用的容器适配器:`stack`、`queue` `priority_queue`[^3]。 ##### 1. 基本原理 容器适配器并不直接实现底层逻辑,而是依赖于现有的基础容器(通常是 `deque` 或 `list`)。例如,默认情况下,`std::stack` 使用的是 `std::deque` 来作为其实现的基础容器[^4]。 ##### 2. 特点对比 | 类型 | 描述 | |--------------|------------------------------------------------------------------------------------------| | stack | 后入先出 (LIFO) 数据结构,仅支持顶部元素的操作 | | queue | 先入先出 (FIFO) 数据结构,支持队首队尾的操作 | | priority_queue | 支持带优先级的元素插入移除,通常基于堆结构实现 | #### 三、区别分析 以下是 STLC++ 容器容器适配器的主要差异: 1. **功能性** - 容器提供了完整的数据管理访问能力,适合复杂应用场景下的灵活操作。 - 容器适配器则专注于简化特定模式的任务处理流程,隐藏了许多不必要的细节[^3]。 2. **灵活性** - 容器允许开发者自由选择迭代方向、随机访问等功能。 - 而适配器往往只暴露有限的方法集给外部调用者,比如栈只能 push/pop/peek 等基本动作[^5]。 3. **性能考量** 不同类型的容器因其设计目的各异,在执行相同任务时可能会表现出截然不同的时间复杂度表现。例如对于频繁增删节点的情况推荐选用列表(list); 如果追求快速定位某索引处项目的话那么向量(vector)将是更好的选项之一[^4]。 #### 四、典型使用案例 以下是一些关于何时应该选取何种工具的例子说明: - 当我们需要保存一系列数值并且经常对其进行遍历读写的时候可以选择 vector; - 对于那些需要动态调整长度而又不想牺牲太多内存利用率的情形来说 deque 是不错的选择 ; - 若要构建一个不允许重复成员且始终保持升序状态的小型字典表 set 就非常适合这种场合; - 实际开发过程中如果遇到涉及资源调度或者消息传递等问题,则可能需要用到 queue/priority_queue 这样专门定制化的解决方案[^2]. ```cpp #include <iostream> #include <stack> // Stack adapter example #include <queue> // Queue and Priority Queue adapters examples using namespace std; int main() { // Example of using a stack container adaptor with default underlying type 'deque' stack<int> s; s.push(10); cout << "Top element is: " << s.top() << endl; // Using standard queue which defaults to deque as well. queue<string> q; q.push("First"); string frontElement = q.front(); cout << "Front Element in Queue: " << frontElement << "\n"; // Demonstrating usage of priority queues where elements are sorted automatically upon insertion based on their values. priority_queue<double> pq; pq.emplace(78.9); double highestPriorityValue = pq.top(); cout << "Highest value inside PriorityQueue: " << highestPriorityValue << '\n'; return 0; } ```
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