文章目录
- 容器适配器的概念
- deque的介绍及底层结构
- stack的介绍
- stack的模拟实现
- queue的介绍
- queue的模拟实现
- priority_queue的介绍
- priority_queue的模拟实现
容器适配器的概念
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他人希望的另外一个接口。
deque的介绍及底层结构
要想摸清stack、queue的底层我们就要先学习deque，因为在STL中stack、queue等容器适配器的底层都是默认用deque进行的封装，从而达到我们想要的接口，下图是STL官方文档中stack、queue的接口参数图，可以看到默认的底层容器。
deque的底层
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，不需要移动元素；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，所以deque的迭代器就比较复杂，deque的底层详细结构请参考下图：
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：
- stack和queue不需要遍历(因此stack和queue没有迭代器)，只要在固定的一端或者两端进行操作。
- 在stack中元素增长时，deque比vector的效率高(扩容时不需要挪动大量数据)；queue中的元素增长时，deque不仅效率高，而且内存使用率高。
deque的优缺点：与vector相比，头部插入元素、删除元素deque比vector要快，扩容方面，deque不需要挪动数据，vector则需要，与list相比，deque的底层是连续的空间，list不是，所以比list的空间利用率高，缺点是deque不适合遍历，相比于vector、list，deque的遍历需要大量的检查边界，效率不高，所以deque不适合需要大量遍历数据的场景，而stack、queue等不需要遍历，所以完美的避开了deque的缺点。
stack的介绍
- stack是一种容器适配器，专门用在具有后进先出操作的环境中，其删除只能从容器的一端进行元素的插入与提取操作。
- 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。
- 满足stack的底层容器有vector、list、deque，默认情况下不指定容器，则使用deque。
stack的模拟实现
namespace Lh
{
//template <class T>
template <class T, class Container = deque<T>>
class stack
{
public:
void push(const T& x)
{
_con.push_back(x);
}
void pop()
{
_con.pop_back();
}
T& top() //栈顶数组
{
return _con.back();
}
const T& top() const
{
return _con.back();
}
bool empty() const
{
return _con.empty();
}
size_t size() const
{
return _con.size();
}
private:
//vector<T> _con;
Container _con;
};
}
queue的介绍
- 队列是一种容器适配器，专门用于在先进先出环境中操作，其中从容器一端插入元素，另一端提取元素。
- 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。
- 满足stack的底层容器有list、deque，默认情况下不指定容器，则使用deque。
queue的模拟实现
namespace Lh
{
//template <class T>
template <class T, class Container = deque<T>>
class queue
{
public:
void push(const T& x)
{
_con.push_back(x);
}
void pop()
{
_con.pop_front();
}
T& front()
{
return _con.front();
}
T& back()
{
return _con.back();
}
const T& front() const
{
return _con.front();
}
const T& back() const
{
return _con.back();
}
bool empty() const
{
return _con.empty();
}
size_t size() const
{
return _con.size();
}
private:
Container _con;
};
}
priority_queue的介绍
- 优先队列是一种容器适配器，根据严格的弱排序标准，它的第一个元素总是它所包含的元素中最大的。
- 此上下文类似于堆，在堆中可以随时插入元素，并且只能检索最大堆元素(优先队列中位于顶部的元素)。
- 优先队列被实现为容器适配器，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。元素从特定容器的“尾部”弹出，其称为优先队列的顶部。
- 满足stack的底层容器有vector、deque，默认情况下不指定容器，则使用vector。
- 需要支持随机访问迭代器，以便始终在内部保持堆结构，priority_queue默认是大堆。
priority_queue的模拟实现
namespace Lh
{
//Compare 实例化进行比较的仿函数 less -> 大堆
//Compare 实例化进行比较的仿函数 greater -> 小堆
template <class T, class Container = vector<T>, class Compare = std::less<T>>
class priority_queue //默认是大堆 也就是降序
{
public:
priority_queue()
{}
template <class InputIterator>
priority_queue(InputIterator first, InputIterator last) //迭代器区间构造
{
while (first != last)
{
_con.push_back(*first);
++first;
}
//向下调整建堆
for (int i = (_con.size() - 1 - 1) / 2; i >= 0; i--)
{
adjust_down(i);
}
}
void adjust_up(size_t child) //向上调整
{
Compare com; //用这个类型实例化一个对象 默认是less
size_t parent = (child - 1) / 2;
while (child > 0)
{
if (com(_con[parent], _con[child]))
{
std::swap(_con[child], _con[parent]);
child = parent;
parent = (child - 1) / 2;
}
else
{
break;
}
}
}
void push(const T& x)
{
_con.push_back(x);
adjust_up(_con.size()-1);
}
void adjust_down(size_t parent) //向下调整
{
Compare com;
size_t child = parent * 2 + 1;
while (child < _con.size())
{
if (child + 1 < _con.size() && com(_con[child], _con[child + 1]))
{
child += 1;
}
if (com(_con[parent], _con[child]))
{
std::swap(_con[parent], _con[child]);
parent = child;
child = parent * 2 + 1;
}
else
{
break;
}
}
}
void pop()
{
assert(_con.size() > 0);
std::swap(_con[0], _con[_con.size() - 1]); //最后一个和堆顶的交换 然后删除最后一个
_con.pop_back();
adjust_down(0);
}
bool empty() const
{
return _con.empty();
}
const T& top()
{
assert(_con.size() > 0);
//return _con[0];
return _con.front();
}
size_t size() const
{
return _con.size();
}
private:
Container _con;
};
//仿函数/函数对象 是一个类 重载了operator()
template <class T>
class less
{
public:
bool operator()(const T& l, const T& r) const
{
return l < r;
}
};
template<class T>
class greater
{
public:
bool operator()(const T& l, const T& r) const
{
return l > r;
}
};
}
