C++ 的容器适配器——从stack/queue看

STL 中的 stack 和 queue 并不是独立新建的容器类，而是"容器适配器"：对底层容器接口的一层封装（包装），把底层容器暴露的接口变成特定的"栈/队列"接口。

默认情况下，STL 的 stack 和 queue 使用 deque 作为底层容器，因为 deque 在头尾操作和随机访问之间提供了折中性能。

什么是容器适配器

适配器的作用是"将一个类的接口转换为客户希望的另一个接口"。
stack：只允许在一端插入/删除；queue：允许在一端入、一端出（FIFO）。

适配器并不自己管理内存，而是复用底层容器（deque, vector, list 等）。

三种常见底层容器比较

vector
- 优点：尾插尾删高效、连续内存、随机访问 O(1)。
- 缺点：头插或中间插入删除代价高（O(n)），扩容涉及复制/移动。
list（双向链表）
- 优点：任意位置插入/删除 O(1)（在已定位位置），不需要连续内存。
- 缺点：不支持随机访问，内存开销大，缓存局部性差。
deque
- 优点：头尾插入均高效、支持下标访问（不是完全连续但接近），适合做 stack/queue 默认容器。
- 缺点：中间插入删除依然 O(n)。

复杂度速览（常见操作）

push_back / pop_back：vector O(1) 摇摆（扩容摊销）、deque O(1)、list O(1)
push_front / pop_front：deque O(1)、list O(1)、vector O(n)
随机访问：vector O(1)、deque 接近 O(1)、list O(n)

实现 `stack` 适配器要点与常见错误

模板默认参数：注意 template<class T, class Container = deque<T>>
成员函数的 const 与 noexcept：比如 top()、size()、empty() 应该标记为 const（不改变对象状态），size() / empty() 可标记 noexcept。
top() 返回引用：应返回 const T& 或 T& 取决于用途，通常提供 const 版本和非常量版本。
异常与未定义行为：对空栈调用 top() / pop() 是未定义行为（与 STL 一致）；可以在包装层增加断言或抛出异常以增强调试信息。
成员别名：提供 using container_type = Container; using value_type = T; 有助于与 STL 接口兼容。

改进后的 stack 参考实现

cpp 复制代码

namespace sqtque
{
    // 用 Container 适配转换出 stack
    template<class T, class Container = std::deque<T>>
    class stack
    {
    public:
        using value_type = T;
        using container_type = Container;
        using size_type = std::size_t;

        // 默认构造 / 析构由底层容器负责

        void push(const T& x)
        {
            _con.push_back(x);
        }

        void push(T&& x)
        {
            _con.push_back(std::move(x));
        }

        void pop()
        {
            assert(!empty() && "pop on empty stack");
            _con.pop_back();
        }

        T& top()
        {
            assert(!empty() && "top on empty stack");
            return _con.back();
        }

        const T& top() const
        {
            assert(!empty() && "top on empty stack");
            return _con.back();
        }

        size_type size() const noexcept
        {
            return _con.size();
        }

        bool empty() const noexcept
        {
            return _con.empty();
        }

    private:
        Container _con; // 封装出一个容器
    };
}

使用示例