1. 容器适配器

1.1 什么是适配器

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。

1.2 STL标准库中stack和queue的底层结构

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：

2 deque的简单介绍(了解)

2.1 deque的原理介绍

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，落在了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deque是如何借助其迭代器维护其假想连续的结构呢？

2.2 deque的缺陷

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。

2.3 为什么选择deque作为stack和queue的底层默认容器

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vector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。

2. stack的介绍和使用

2.1 stack的介绍

栈：一种特殊的线性表，其只允许在固定的一端进行插入和删除元素操作。进行数据插入和删除操作的一端称为栈顶，另一端称为栈底。栈中的数据元素遵守后进先出LIFO（Last In First Out）的原则。

压栈：栈的插入操作叫做进栈/压栈/入栈，入数据在栈顶。

出栈：栈的删除操作叫做出栈。出数据也在栈顶。

接口介绍：

2.2 stack的模拟实现

从栈的接口中可以看出，栈实际是一种特殊的vector，因此使用vector完全可以模拟实现stack，但是如果我们希望用其它容器来实现栈就无法实现，所以我们可以把容器的类型定义成一个模板参数，需要用什么容器的类型，就传对应的类型参数，同时为了方便如果不想传对应的参数，可以把容器类型模板参数设置为deque<T>。

namespace hb
{template<class T,class Container = deque<T>>class stack{public:void push(const T& x ){_con.push_back(x);}void pop(){_con.pop_back();}const T& top(){return _con.back();}bool empty(){return _con.empty();}size_t size(){return _con.size();}private:Container _con;};
}

3. queue的介绍和使用

3.1 queue的介绍

1. 队列是一种容器适配器，专门用于在FIFO上下文(先进先出)中操作，其中从容器一端插入元素，另一端提取元素。

2. 队列作为容器适配器实现，容器适配器即将特定容器类封装作为其底层容器类，queue提供一组特定的成员函数来访问其元素。元素从队尾入队列，从队头出队列。

3. 底层容器可以是标准容器类模板之一，也可以是其他专门设计的容器类。该底层容器应至少
   支持以下操作:

   empty：检测队列是否为空

   size：返回队列中有效元素的个数

   front：返回队头元素的引用

   back：返回队尾元素的引用

   push_back：在队列尾部入队列

   pop_front：在队列头部出队列

4. 标准容器类deque和list满足了这些要求。默认情况下，如果没有为queue实例化指定容器类，则使用标准容器deque。

入队列：进行插入操作的一端称为队尾

出队列：进行删除操作的一端称为队头

如图所示：

3.2 queue的模拟实现

namespace hb
{template <class T,class Container = deque<T>>class queue{public:void push(const T& x){_con.push_back(x);}void pop(){_con.pop_front();}bool empty(){return _con.empty();}const T& front(){return _con.front();}const T& back(){return _con.back();}size_t size(){return _con.size();}private:Container _con;};
}

4. 代码测试

4.1 stack测试

int main()
{hb::stack<int,list<int>> st;st.push(1);st.push(2);st.push(3);st.push(4);while (!st.empty()){cout << st.top() << " ";st.pop();}cout << endl;
}

运行结果如图：

4.2 queue测试

int main()
{hb::queue<int,list<int>> q;q.push(1);q.push(2);q.push(3);q.push(4);while (!q.empty()){cout << q.front() << " ";q.pop();}cout << endl;
}

运行结果如图：

5. OJ题目

class MinStack {
public:MinStack() {}void push(int val) {_st.push(val);if (_minst.empty() || val <_minst.top()._val){_minst.push({val,1});}else if (val == _minst.top()._val){_minst.top()._count++;}}void pop() {if (_minst.top()._val == _st.top()){if ( _minst.top()._count == 1){_minst.pop();}else{_minst.top()._count--;}}_st.pop();}int top() {return _st.top();}int getMin() {return _minst.top()._val;}stack<int> _st;struct Data{int _val;int _count;};stack<Data> _minst;
};

class MyQueue {
public:stack<int> pushst;stack<int> popst;void push(int x) {pushst.push(x);}int pop() { int top = peek();popst.pop();return top;}int peek() {if (popst.empty()){while (!pushst.empty()){popst.push(pushst.top());pushst.pop();}}return popst.top();}bool empty() {return pushst.empty() && popst.empty();}
};

class MyStack {
public:queue<int> q1;queue<int> q2;void push(int x) {if (q1.empty()){swap(q1,q2);}q1.push(x);}int pop() {if (q1.empty()){swap(q1,q2);}while (q1.size() > 1){q2.push(q1.front());q1.pop();}int top = q1.front();q1.pop();return top;}int top() {if (q1.empty()){swap(q1,q2);}return q1.back();}bool empty() {return q1.empty() && q2.empty();}
};