STL-stack、queue和priority_queue的模拟实现

news2024/11/15 8:40:57

目录

一、容器适配器

（一）什么是适配器

（二）stack和queue的底层结构

二、Stack

三、queue

四、deque双端队列

（一）优点

（二）缺陷

五、优先级队列

（一）介绍

（二）仿函数

（三）模拟实现一

（四）模拟实现（带compare）

一、容器适配器

（一）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。

（二）stack和queue的底层结构

  • stack和queue没有迭代器

Container 也是一个模板参数，它用于指定在 stack 内部使用的容器类型。默认情况下，它使用了一个 deque（双端队列）作为内部容器，但你也可以自定义一个不同类型的容器来替代它 。

二、Stack

  • 模拟实现stack，stack是先进后出
#pragma once
#include<iostream>
#include<deque>
using namespace std;
namespace Imitate_stack
{
	template <class T, class Container = deque<T> >
	class stack
	{
	public:
		void push(const T& x)//插入数据
		{
			_con.push_back(x);
		}

		void pop()//删除数据
		{
			_con.pop_back();//用于移除并返回双端队列的最右端（尾部）元素
		}

		const T& top()
		{
			return _con.back();//用于返回双端队列的最右端（尾部）元素，但不会从队列中删除该元素
		}

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

		size_t size()
		{
			return _con.size();
		}
	private:
		Container _con;
	};
}

三、queue

  • queue是先进先出
#pragma once
#include<iostream>
#include<deque>
using namespace std;
namespace Imitate_stack
{
	template <class T, class Container = deque<T> >
	class queue
	{
	public:
		void push(const T& x)//尾插
		{
			_con.push_back(x);
		}

		void pop()//头删
		{
			_con.pop_front();
		}

		const T& back()//得到尾部数据
		{
			return _con.back();
		}

		const T& front()//得到头部数据
		{
			return _con.front();
		}

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

		size_t size()
		{
			return _con.size();
		}
	private:
		Container _con;
	};
}

四、deque双端队列

（一）优点

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

（二）缺陷

  • 下标的随机访问不如vector
  • 中间插入、删除速度不如list
  • 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

五、优先级队列

（一）介绍

priority_queue<int> first;//建立大根堆
priority_queue<int> first(data.begin(), data.end());//建立大根堆
priority_queue<int, vector<int>, greater<int>> second;//建立小根堆
#include<iostream>
#include<queue>
using namespace std;
int main()
{
	priority_queue<int> first;//建立大根堆
	first.push(56);
	first.push(12);
	first.push(67);
	first.push(1);
	first.push(78);
	first.push(6);
	while (!first.empty())//78　67　56　12　6　1
	{
		cout << first.top() << "　";
		first.pop();
	}
	return 0;
}
#include<iostream>
#include<vector>
#include<queue>
using namespace std;
int main()
{
	vector<int>data = {56,12,67,1,78,6};
	priority_queue<int> first(data.begin(), data.end());//建立大根堆

	while (!first.empty())//78　67　56　12　6　1
	{
		cout << first.top() << "　";
		first.pop();
	}
	return 0;
}
#include<iostream>
#include<queue>
using namespace std;
int main()
{
	priority_queue<int, vector<int>, greater<int>> second;//建立小根堆
	second.push(56);
	second.push(12);
	second.push(67);
	second.push(1);
	second.push(78);
	second.push(6);
	while (!second.empty())//1　6　12　56　67　78
	{
		cout << second.top() << "　";
		second.pop();
	}
	return 0;
}

（二）仿函数

#include<iostream>
using namespace std;
template<class T>
class Less
{
public:
	bool operator()(const T& x, const T& y)
	{
		return x < y;
	}
};
template<class T>
class greater
{
public:
	bool operator()(const T& x, const T& y)
	{
		return x > y;
	}
};
int main()
{
	Less<int> less1;//函数对象
	cout << less1(1, 3) << endl;

	Less<double> less2;
	cout << less1(4.5, 3.5) << endl;
	return 0;
}

（三）模拟实现一

PriorityQueue.h
#pragma once
#include<iostream>
#include<vector>
using namespace std;
namespace Imitate_priorityQueue
{
	template<class T, class Container = vector<T>>
	class priority_queue
	{
	public:
		void adjust_up(int child)//向上调整
		{
			int parent = (child - 1) / 2;
			while (child >0 )
			{
				if (_con[child] > _con[parent])//建立大根堆
				{
					swap(_con[child], _con[parent]);
					child = parent;
					parent = (child - 1) / 2;
				}
				else
				{
					break;
				}
			}
		}

		void adjust_down(int parent)//向下调整
		{
			int child = parent * 2 + 1;
			while (child < _con.size())
			{
				if (child + 1 < _con.size() && _con[child] < _con[child + 1])//开始默认右孩子大
				{
					++child;
				}
				if (_con[child] > _con[parent])
				{
					swap(_con[child], _con[parent]);
					parent=child;
					child = parent * 2 + 1;
				}
				else
				{
					break;
				}
			}
		}

		void push(const T& x)
		{
			_con.push_back(x);
			adjust_up(_con.size() - 1);
		}

		void pop()
		{
			swap(_con[0], _con[_con.size() - 1]);
			_con.pop_back();
			adjust_down(0);
		}
		const T& top()const
		{
			return _con.front();
		}

		bool empty()const
		{
			return _con.empty();
		}
	private:
		Container _con;
	};

}

test.h
#include"PriorityQueue.h"
int main()
{
	Imitate_priorityQueue::priority_queue<int, vector<int>> q;
	q.push(89);
	q.push(1);
	q.push(45);
	q.push(14);
	q.push(11);
	q.push(19);
	while (!q.empty())//89 45 19 14 11 1
	{
		cout << q.top() << " ";
		q.pop();
	}
	return 0;

}

（四）模拟实现（带compare）

 

PriorityQueue.h

#pragma once
#include<iostream>
#include<vector>
using namespace std;
namespace Imitate_priorityQueue
{
	比较方式
	template<class T>
	struct less
	{
		bool operator()(const T& x, const T& y)
		{
			return x < y;
		}
	};

	//比较方式
	template<class T>
	struct greater
	{
		bool operator()(const T& x, const T& y)
		{
			return x > y;
		}
	};
	template<class T, class Container = vector<T>, class Compare = less<T>>
	class priority_queue
	{
	public:
		void adjust_up(int child)//向上调整
		{
			int parent = (child - 1) / 2;
			while (child >0 )
			{
				if (_com(_con[parent],_con[child]))
				{
					swap(_con[child], _con[parent]);
					child = parent;
					parent = (child - 1) / 2;
				}
				else
				{
					break;
				}
			}
		}

		void adjust_down(int parent)//向下调整
		{
			int child = parent * 2 + 1;
			while (child < _con.size())
			{
				if (child + 1 < _con.size() && _com(_con[child] , _con[child + 1]))//开始默认右孩子大
				{
					++child;
				}
				if (_com(_con[parent], _con[child]))
				{
					swap(_con[child], _con[parent]);
					parent=child;
					child = parent * 2 + 1;
				}
				else
				{
					break;
				}
			}
		}

		void push(const T& x)
		{
			_con.push_back(x);
			adjust_up(_con.size() - 1);
		}

		void pop()
		{
			swap(_con[0], _con[_con.size() - 1]);
			_con.pop_back();
			adjust_down(0);
		}
		const T& top()const
		{
			return _con.front();
		}

		bool empty()const
		{
			return _con.empty();
		}
	private:
		Container _con;
		Compare _com;
	};

}

#include"PriorityQueue.h"
int main()
{
	Imitate_priorityQueue::priority_queue<int, vector<int>, greater<int>> q;
	q.push(89);
	q.push(1);
	q.push(45);
	q.push(14);
	q.push(11);
	q.push(19);
	while (!q.empty())
	{
		cout << q.top() << " ";
		q.pop();
	}
	return 0;

}

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