★ C++基础篇 ★ 栈和队列

Ciallo～(∠・ω< )⌒☆ ~ 今天，我将继续和大家一起学习C++基础篇第八章----栈和队列 ~

一容器适配器

二 deque的简单介绍

2.1 deque的原理介绍

2.2 deque vector list 的优缺点

2.2.1 vector

2.2.2 list

2.2.3 deque

2.3 为什么选择deque作为stack和queue的底层默认容器

三 stack的介绍和使用

3.1 stack的介绍

3.2 stack的使用

3.3 stack的模拟实现

3.4 STL标准库中stack的底层结构

四 queue的介绍和使用

4.1 queue的介绍

4.2 queue的使用

4.3 queue的模拟实现

4.4 STL标准库中stack和queue的底层结构

五 priority_queue的介绍和使用

5.1priority_queue的介绍

5.2 priority_queue的使用

5.3 priority_queue的模拟实现

一容器适配器

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 deque的简单介绍

2.1 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。

deque是vector和list的缝合怪

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，双端队列底层是一段假象的连续空间，实际是分段连续的，其底层结构如下图所示：

如要获取deque中第 i 个值，每个buff小数组大小为N，ptr为中控数组开始的指针，则为ptr[x][y]

x = i / N , y = i % N *(*(ptr + x) + y)

2.2 deque vector list 的优缺点

2.2.1 vector

优点：

尾插尾删效率不错，支持高效下标随机访问。
物理空间连续，高速缓存利用率高。

缺点：

空间需要扩容，扩容有一些代价（效率和空间浪费）。
头部和中间插入删除效率低。

2.2.2 list

优点：

按需申请释放空间，无需扩容。
任意位置插入删除。

缺点：

不支持下标随机访问。

2.2.3 deque

deque头插尾插效率很高，更甚于vector 和 list。
下标随机访问效率也不错，但比不上vector。
中间插入删除效率很低，要挪动数据，是O(N)。

2.3 为什么选择deque作为stack和queue的底层默认容器

（看完三四大点再看这条~ ）

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。

三 stack的介绍和使用

3.1 stack的介绍

栈：一种特殊的线性表，其只允许在固定的一端进行插入和删除元素操作。进行数据插入和删除操作的一端称为栈顶，另一端称为栈底。栈中的数据元素遵守后进先出LIFO（Last In First Out）的原则。

压栈：栈的插入操作叫做进栈/压栈/入栈，入数据在栈顶。

出栈：栈的删除操作叫做出栈。出数据也在栈顶。

3.2 stack的使用

函数	接口说明
stack()	构造空的栈
empty()	检测stack是否为空
size()	返回stack中元素的个数
top()	返回栈顶元素的引用
push()	将元素val压入stack中
pop()	将stack中尾部的元素弹出

3.3 stack的模拟实现

从栈的接口中可以看出，栈实际是一种特殊的vector，因此使用vector完全可以模拟实现stack。

而我们无法确定是数组栈还是链式栈，故可以用Container适配转换出stack。

template<class T,class Container>
class stack 
{
public:
	void push(const T& x)
	{
		_con.push_back(x);
	}
	void pop()
	{
		_con.pop_back();
	}
	const T& front() const
	{
		return _con.front();
	}
	const T& back() const
	{
		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;
};

#include<iostream>
#include<vector>
#include<list>
#include<algorithm>
using namespace std;

#include"Stack.h"//头文件包在库函数后面

int main()
{
	stack<int, vector<int>> st;
	st.push(1);
	st.push(2);
	st.push(3);
	st.push(4);
	st.push(5);
	cout << st.top() << endl;
	st.pop();
	return 0;
}

注意：头文件尽量包在库函数后面，不然在展开后往上找时，可能会找不到要用的库函数。