【C++】stack和queue

news2024/11/13 14:26:10

文章目录

    • 前言(重点)
  • 一、stack
    • 1、 stack的介绍
    • 2、queue的使用
    • 3、stack的模拟实现
  • 二、queue
    • 1、queue的介绍
    • 2、queue的使用
    • 3、queue的模拟实现
  • 三、容器适配器
    • 1、什么是容器适配器呢?
    • 2、STL标准库中stack和queue的底层结构
  • 四、deque
    • 1、deque的原理介绍
    • 2、deque的使用
    • 3、deque的缺陷
    • 小结
    • 5、为何选择deque作为stack和queue的底层默认容器


前言(重点)

在学习栈和队列之前,我们先要了解一个东西,这个东西对我们学习本节内容很重要。我们现在只是浅浅的了解一下,等stack和queue都模拟实现完了,我们再来仔细讲

在这里插入图片描述
这个deque就是我们常说的容器适配器。那么,什么是容器适配器呢?
这就要牵扯出另外的知识了——设计模式(这个设计模式C++并没有Java那么关注)

很早之前,设计模式一共有23种。到目前为止,种类在一步步的扩展
我们这里的适配器就是设计模式的一种——适配器模式;而除了我们这里的适配器以外,我们前面还学过一种设计模式——迭代器模式。这个迭代器也是一种设计模式

这里我们只要记住适配器模式和迭代器模式的作用:

迭代器模式:不暴露底层细节,封装过后,提供统一的方式来访问容器
适配器模式:用已有的东西,封装转换出想要的东西
我们要记住这两个结论,下面会用到

我们只需要知道迭代器和适配器都是一种设计模式就行了,有兴趣可以深入了解一下


一、stack

1、 stack的介绍

stack文档
接下来对stack的文档进行简单的总结一下:

  1. stack是一种容器适配器,专门用在具有后进先出操作的上下文环境中,其删除只能从容器的一端进行元素的插入与提取操作

  2. stack是作为容器适配器被实现的,容器适配器即是对特定类封装作为其底层的容器,并提供一组特定的成员函数来访问其元素,将特定类作为其底层的,元素特定容器的尾部(即栈顶)被压入和弹出。

  3. stack的底层容器可以是任何标准的容器类模板或者一些其他特定的容器类,这些容器类应该支持以下操作:

empty:判空操作
back:获取尾部元素操作
push_back:尾部插入元素操作
pop_back:尾部删除元素操作

  1. 标准容器vector、deque、list均符合这些需求,默认情况下,如果没有为stack指定特定的底层容器,默认情况下使用deque。

我们前面数据结构学习了栈和队列,所以本节内容的栈和队列使用方面的知识就不多讲了,和前面数据结构的思路是一样的

2、queue的使用

函数接口函数接口的作用
stack()构建空的栈
empty()判断stack是否为空
size()返回stack中的元素个数
top()返回stack中的栈顶元素
push()向stack中压入指定数据
pop()弹出stack尾部的数据

其实可以看到,有了前面的基础这里就很容易理解,接口一看就知道是干什么的,有什么作用

3、stack的模拟实现

大家是不是认为我们模拟实现要像以前一样,stack是通过数组实现的,所以要malloc开辟,然后还要一个top数据、一个capacity、一个size…
其实这里就不用这么麻烦,我们可以更加简单的实现,就是基于容器适配器的功劳

#include <vector>
namespace bzh
{
    
    template<class T, class Container = vector<T>>//这里就是运用了适配器
    //本来我们是要重新写一个stack的,但是因为适配器的原因,我们直接通过vector转换出来了我们想要的stack
    //template<class T, class Container = deque<T>>//这里使用deque也是可以的,具体为什么可以我们后面讲
    class stack
    {
    public:
        stack()
        {}
        void push(const T& x)
        {
            _Con.push_back(x);
        }
        void pop()
        {
            _Con.pop_back();
        }
        T& top()
        {
            return _Con.back();
        }
        const T& top()const
        {
            return _Con.back();
        }
        size_t size()const
        {
            return _Con.size();
        }
        bool empty()const
        {
            return _Con.empty();
        }
    private:
        Container _Con;
    };
};

在这里插入图片描述
可以看到,接口实现的作用是正确的,而我们模板传参的参数就是vector类型

看得出来很简单,那么我们就快速的也把queue搞定,进入我们的容器适配器内容


二、queue

1、queue的介绍

queue文档

进行总结一下:

  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

  1. 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。

可以看到内容与我们前面数据结构的queue相差无几。而且这里也提到了容器适配器
在这里插入图片描述

2、queue的使用

函数接口函数接口的作用
queue()构建空的队列
empty()判断队列是否为空
size()返回队列中的元素个数
front()返回队头素的引用
back()返回队尾素的引用
push()在队尾插入指定数据
pop()讲队头元素出队列

这些接口对于我们来说也是简简单单,那么我们就直接上手模拟实现

3、queue的模拟实现

与stack一样,这里使用了容器适配器

#pragma once
#include <deque>
#include <list>
namespace bzh
{
    //template<class T, class Container = deque<T>>//这里使用deque也是可以的
    template<class T, class Container = list<T>>
    //这里就是通过容器适配器讲list转换成我们想要的queue了
    class queue
    {
    public:
        queue()
        {}
        void push(const T& x)
        {
            _Con.push_back(x);
        }
        void pop()
        {
            _Con.pop_front();
        }
        T& back()
        {
            return _Con.back();
        }
        const T& back()const
        {
            return _Con.back();
        }
        T& front()
        {
            return _Con.front();
        }
        const T& front()const
        {
            return _Con.front();
        }
        size_t size()const
        {
            return _Con.size();
        }
        bool empty()const
        {
            return _Con.empty();
        }
    private:
        Container _Con;
    };
};

那么经过上面的栈和队列的学习之后,我们对于容器适配器的

迭代器模式:不暴露底层细节,封装过后,提供统一的方式来访问容器
适配器模式:用已有的东西,封装转换出想要的东西

这两句话有了更进一步的理解

我们现在就来进行一下小结:

三、容器适配器

1、什么是容器适配器呢?

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

在这里插入图片描述
类似于上图

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:
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
那么,也就得出来了,上面为什么模拟实现stack和queue的时候,采用deque也可以了,这就是因为STL中,栈和队列的底层就是deque

现在我们就来了解什么是deque

四、deque

我们指定vector和list各有优缺点:

vector:1、头部中部插入删除效率低;2、要扩容
list:1、不支持随机访问;2、cpu高速缓存命中率低

那么,有没有一种完美的容器,将两者的优点结合,缺点抹除了呢?
答案是有的。就是deque。但是,既然你是将vector和list相结合,并且抹除了两者的缺点,那么就导致了deque缺点少,但是优点不明显

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

注意:这里的deque和queue完全是两个东西,deque并没有队列的“先进先出”的特定,不要混淆。
我们使用deque的场景是比较少的。在下面的小结我会提出上面场景使用deque合适

在这里插入图片描述
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:
在这里插入图片描述
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:
在这里插入图片描述
小问题:那deque是如何借助其迭代器维护其假想连续的结构呢?
在这里插入图片描述

2、deque的使用

deque是采用多个buffer数组+中控数组(指针数组)组成的

buffer数组里面存放这我们的数据,而中控数组里面存放的是指针,这些指针都指向一个buffer数组。我们第一次插入数据的时候,开辟一个buffer数组,然后中控数组的指针(第一次指向开辟数组的指针并不是在中控数组的开始位置,而是在中间位置,这是为了头插更方便)指向该buffer数组,一直在该数组进行尾插,等到数组满了,就进行扩容,开辟第二个buffer数组,然后由上一个指针在中控数组的下一个位置的指针指向新开辟的buffer数组,尾插以此类推
头插数据在开辟号buffer数组之后,就通过第一次中控数组出现的指针前一个位置,的指针指向

在这里插入图片描述

deque随机访问下标:

我们的buffer数组大小是固定的,所以我们可以先用下标/buffer数组大小,找到我们要访问的数据在第几个buffer数组里面;再通过下标%buffer数组大小,算出来我们要访问的数据,位于改buffer数组中的第几个位置

可以看出来deque的下标随机访问是很麻烦的,而且还没有vector快。这也就是我们说的,deuqe没有了vector和list的缺点,但是它的优点不突出

3、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

小结

所以,在一下场景有利于我们使用deque:

1、中部插入删除操作少,头尾删除插入操作多
2、偶尔进行下标随机访问

5、为何选择deque作为stack和queue的底层默认容器

学习了上面的知识,相信我们的理解与答案相差无几

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

本文来自互联网用户投稿,该文观点仅代表作者本人,不代表本站立场。本站仅提供信息存储空间服务,不拥有所有权,不承担相关法律责任。如若转载,请注明出处:http://www.coloradmin.cn/o/138794.html

如若内容造成侵权/违法违规/事实不符,请联系多彩编程网进行投诉反馈,一经查实,立即删除!

相关文章

设计模式之单例模式(懒汉, 饿汉)

文章目录一. 单例模式概述二. 单例模式的实现1. 饿汉模式2. 懒汉模式一. 单例模式概述 单例模式是一种常用的软件设计模式, 该模式的主要目的是确保某一个类在内存中只能有一个实例对象, 通过单例模式的方法创建的类在当前进程中只有一个实例对象. 常见的单例模式有两种: 饿…

制作系统安装(微软操作系统系统)

系统安装制作步骤 准备工具&#xff1a;笔记本电脑 8G以上u盘 镜像ISO文件 微软系统下载&#xff1a;https://msdn.itellyou.cn/ 复制连接到迅雷下载&#xff0c;进行系统镜像下载。 U盘制作工具下载和制作&#xff1a; 制作工具网站下载&#xff1a;http://rufus.ie/zh/ 准…

MySQL避免插入重复数据

新建一张测试表&#xff0c;有三个字段&#xff0c;自增主键id、创建了唯一索引的user_name、以及普通字段address。然后插入一条数据作为原始数据&#xff0c;如下所示 1、insert ignore into 基于索引字段数据进行判断&#xff0c;如果索引数据存在&#xff0c;那么忽略本…

CSS单行/多行文本溢出隐藏

前言 在日常开发展示页面&#xff0c;如果一段文本的数量过长&#xff0c;受制于元素宽度的因素&#xff0c;有可能不能完全显示&#xff0c;为了提高用户的使用体验&#xff0c;这个时候就需要我们把溢出的文本显示成省略号 对于文本的溢出&#xff0c;我们可以分成两种形式…

jetson nano安装远程桌面,Qt,pytorch,tensorflow,virtualenv等

文章目录基于jetPack版本4.6.1一.基础组件配置检查二.基础组件安装1.安装pip32.安装python-opencv与机器学习常用包3.安装pytorch方法1&#xff08;失败&#xff09;方法2&#xff08;成功&#xff09;4.安装tensorflow-gpu5.安装QT6.板载摄像头使用7.安装中文输入法8.安装截图…

网络爬虫入门到实战

简介 数据采集文章 开始 入门程序 环境准备 pip3 install beautifulsoup4 基本操作 from urllib.request import urlopen from bs4 import BeautifulSouphtml urlopen("http://www.baidu.com") # print(html.read()) (打印html完整内容) bsObj BeautifulSou…

服务熔断和服务降级

服务之间是可以相互调用的&#xff0c;如果底层的服务出现了问题&#xff0c;那么他的上层服务也就会出问题 为了解决分布式系统的雪崩问题&#xff0c;SpringCloud提供了Hystrix熔断器组件 服务降级 服务降级并不会直接返回错误&#xff0c;而是提供一个补救措施&#xff0c…

简洁明了的ReentrantReadWriteLock总结

&#x1f473;我亲爱的各位大佬们好 ♨️本篇文章记录的为 ReentrantReadWriteLock 相关内容&#xff0c;适合在学Java的小白,帮助新手快速上手,也适合复习中&#xff0c;面试中的大佬&#x1f649;&#x1f649;&#x1f649;。 ♨️如果文章有什么需要改进的地方还请大佬不吝…

王爽汇编(第四版)实验八

文章目录前言一、题目二、分析1.初始时指令存储情况2.运行时指令存储情况总结前言本文是学习王爽老师《汇编语言》(第四版)第九章 实验8 分析一个奇怪的程序 时的相关代码及分析。一、题目分析程序&#xff0c;思考程序是否可以正确返回&#xff1b;运行后再思考&#xff0c;为…

胭脂茉莉点评推荐上海大学法院李本教授诗集《秋月曲》诗歌6首

胭脂茉莉&#xff08;右&#xff09;和李本教授&#xff08;左&#xff09;于2019年冬天在上海留影胭脂茉莉 &#xff0c;女 &#xff0c;江苏人&#xff0c;年少习诗&#xff0c;作家、诗人。评论及随笔见诸媒体及报刊 。诗歌先后被选编入海内外多种选本及刊物&#xff0c;主要…

【我的渲染技术进阶之旅】glfw库简单介绍

文章目录一、为啥去了解glfw?二、glfw相关资料三、glfw简单示例1. 引入 GLFW 头文件2. 初始化和终止 GLFW3. 设置错误回调4. 创建窗口和上下文5.使 OpenGL 上下文成为当前上下文6. 检查窗口关闭标志7.接收输入事件8.使用 OpenGL 渲染9. 读取定时器10.交换缓冲区11. 处理事件12…

【C++】了解设计模式,模拟实现栈和队列

文章目录一.设计模式二.stack的模拟实现三.queue的模拟实现四.了解deque五、题目练习一.设计模式 设计模式有很多种&#xff0c;根据设计模式的参考书 Design Patterns - Elements of Reusable Object-Oriented Software&#xff08;中文译名&#xff1a;设计模式 - 可复用的面…

SpringBoot+VUE前后端分离项目学习笔记 - 【11 SpringBoot代码生成器_MybatisPlus】

引入mp生成器依赖 pom.xml <!-- 代码生成器 --> <dependency><groupId>com.baomidou</groupId><artifactId>mybatis-plus-generator</artifactId><version>3.5.1</version> </dependency> <dependency><grou…

RabbitMQ 单机安装-CentOS

RabbitMQ 单机安装-CentOS 官网查看RabbitMQ和对应的Erlang版本 进入 RabbitMQ 官网 &#xff0c;点击 顶上的 Get Started 点击Download Installation 点击左侧的Erlang Versions 查看对应版本 根据自己需要安装的RabbitMQ版本&#xff0c;找到需要Erlang的版本。 下…

什么是Spring Cloud?Spring Cloud介绍

简介Spring Cloud项目的官方网址&#xff1a;https://projects.spring.io/spring-cloud/Spring Cloud 并不是一个项目&#xff0c;而是一组项目的集合。在 Spring Cloud中包含了很多的子项目&#xff0c;每一个子项目都是一种微服务开发过程中遇到的问题的一种解决方案。它利用…

红中群内每日分享题目解析——第一天

目录 题目一&#xff1a;最后一次用的英雄 题目二&#xff1a;狗哥去哪 摩斯密码 题目三&#xff1a;黑丝白丝还有什么丝 题目一&#xff1a;最后一次用的英雄 ​​​​​​ 感谢我徒弟(不是 告知并解出此题 杭椒的博客_CSDN博客-网安经验分享,网络安全工具,CISP-PTE备考笔记…

音视频开发常用工具

目录 1.VLC播放器简介 1.1 VLC 播放器 1.2 VLC的功能列表 1.3 VLC播放网络串流 1.4 VLC作为流媒体服务器 2. MediaInfo简介 2.1 MediaInfo 2.1.1 获取多媒体文件信息 2.1.2 支持的格式 2.1.3 .查看方式 2.1.4 国际化 2.2 MediaInfo使用方法 2.3 MediaInfo参数说明 3…

将powershell、cmd和vscode终端的编码永久修改成utf-8

powershell修改方法 1、以管理员身份打开powershe New-Item $PROFILE -ItemType File -Force 2、打开C盘&#xff0c;找到我的文档中的WindowsPowerShell文件夹 3、编辑这个ps1文件&#xff08;默认是空的&#xff09;&#xff0c;加上以下代码 $OutputEncoding [console…

Handler的消息机制与消息延迟代码实现

Handler的作用 Handler消息机制在Android中的应用非常广泛&#xff0c;很多组件的底层实现都是靠Handler来完成的&#xff0c;所以掌握Handler消息机制的原理还是非常重要的。Handler的主要功能有两点&#xff1a; 1.它可以在不同的线程之间传递消息 我们都知道Andorid中规定…

menuconfig与Kconfig入门学习

概述 menuconfig是Linux平台用于管理代码工程、模块及功能的实用工具。 menuconfig的使用方式通常是在编译系统之前在系统源代码根目录下执行make menuconfig命令从而打开一个图形化配置界面&#xff0c;再通过对各项的值按需配置从而达到影响系统编译结果的目的。 Nuttx的m…