C++ STL 中的容器适配器(Container Adapters)
容器适配器是基于现有的 STL 容器(序列容器或关联容器)通过限制接口、改变语义来实现特定数据结构的一种“适配”方式。
它们本身不是独立的容器,而是对已有容器的封装,提供了受限的、更专一的接口。
C++ STL 中目前存在的三种主要容器适配器(C++11~C++20)
| 容器适配器 | 底层默认容器 | 主要接口特点 | 典型用途 | 是否支持比较运算符 | 是否可自定义底层容器 |
|---|---|---|---|---|---|
stack | deque | 只允许栈顶操作(push/pop/top) | 后进先出(LIFO) | 是(C++20起) | 是 |
queue | deque | 队首出、队尾进(push/pop/front/back) | 先进先出(FIFO) | 是(C++20起) | 是 |
priority_queue | vector + 大顶堆 | 只能访问/弹出队首(最大/最小元素) | 优先级队列(默认最大堆) | 否 | 是 |
一、详细对比表(包含常用操作的时间复杂度)
容器适配器 | 底层默认容器 | 压入元素 | 弹出元素 | 访问顶/首元素 | 判空/大小 | 遍历方式 | 随机访问
---------------|----------------|--------------|--------------|---------------|-----------|------------------|-----------
stack<T> | deque | push() O(1) | pop() O(1) | top() O(1) | empty()/size() | 不支持遍历 | 不支持
queue<T> | deque | push() O(1) | pop() O(1) | front() O(1) | empty()/size() | 不支持遍历 | 不支持
priority_queue | vector + heap | push() O(log n) | pop() O(log n) | top() O(1) | empty()/size() | 不支持遍历 | 不支持
二、最常用写法与自定义底层容器示例
#include <iostream>
#include <stack>
#include <queue>
#include <vector>
#include <deque>
#include <list>
// 1. 普通使用
std::stack<int> s; // 默认用 deque
std::queue<int> q; // 默认用 deque
std::priority_queue<int> pq; // 默认 vector + 大顶堆
// 2. 常用小技巧 - 最小堆(最常用写法)
std::priority_queue<int, std::vector<int>, std::greater<int>> minHeap;
// 3. 完全自定义底层容器
std::stack<int, std::vector<int>> stack_vec; // 用 vector 做栈(不推荐,效率较低)
std::stack<int, std::deque<int>> stack_deque; // 最常用组合(默认)
std::stack<int, std::list<int>> stack_list; // 可以,但不常见
std::queue<int, std::list<int>> queue_list; // 合法,但效率通常不如 deque
// 4. priority_queue 最常见的几种写法
using pii = std::pair<int, int>;
// 最大堆(默认)
std::priority_queue<int> max_pq;
// 最小堆(最常用写法)
std::priority_queue<int, std::vector<int>, std::greater<>> min_pq;
// 自定义比较器 - 按 pair 第一元素从小到大,相同则第二元素从大到小
auto cmp = [](const pii& a, const pii& b) {
if (a.first != b.first) return a.first > b.first; // 小顶堆
return a.second < b.second; // 第二关键字大顶
};
std::priority_queue<pii, std::vector<pii>, decltype(cmp)> pq_custom(cmp);
三、容器适配器重要特性总结(面试/笔试高频)
- 都没有
clear()、erase()、insert()等普通容器接口 - 都没有 迭代器!(不能遍历)
- 都没有
begin()/end()/rbegin()等 - priority_queue 是唯一默认不保证先进先出的
- priority_queue 不提供
pop()返回值的接口(与 Java 不同) - stack 和 queue 在 C++20 之后支持了
operator==、operator<=>(需底层容器也支持) - 改变底层容器不会改变时间复杂度(除了 priority_queue 的底层必须是随机访问容器)
四、常见面试/笔试陷阱题速览
// 下面哪些是合法的?(多选)
A. std::stack<int>::iterator it; // × 没有迭代器
B. std::priority_queue<int> pq; pq.clear(); // × 没有 clear()
C. std::queue<int> q; q.push(1); q.pop(); // √
D. std::priority_queue<int> pq; pq.emplace(42); // √(C++11)
E. std::stack<int, std::vector<int>> s; s.top()=10; // × top()返回const引用(const T&)
F. auto pq = std::priority_queue<int>{1,2,3}; // × 没有这种初始化方式
G. std::priority_queue<int> pq{1,3,2}; // × 同上
正确答案:只有 C、D 合法
希望这份总结对你理解和使用 STL 容器适配器有帮助!
需要更深入的某个适配器实现原理、源码剖析、还是性能对比测试用例吗?可以继续问~ 😄