C++入门10——stack与queue的使用

news2024/12/23 10:43:53

1.什么是stack？

stack的使用

2.什么是queue？

queue的使用

3.priority_queue

3.1 什么是priority_queue?

3.2 priority_queue的使用

1.什么是stack？

在官网中，对stack有这样的介绍：

Stacks are a type of container adaptor, specifically designed to operate in a LIFO context (last-in first-out), where elements are inserted and extracted only from one end of the container.

我们可以归结为以下几个方面：

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：

①：empty：判空操作

②：back：获取尾部元素操作

③：push_back：尾部插入元素操作

④：pop_back：尾部删除元素操作

4. 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。

stack的使用

①stack()——构造空的栈；

②empty()——检测stack是否为空；

③size()——返回stack中元素的个数；

④top()——返回栈顶元素的引用；

⑤push()——将元素val压入stack中；

⑥pop()——将stack中尾部（栈顶）的元素弹出。

#include <iostream>
#include <stack>
using namespace std;

int main()
{
	stack<int> st1;//构造空的栈
	st1.push(1);//将元素val压入stack中
	st1.push(2);
	st1.push(3);
	st1.push(4);
	cout << st1.size() << endl;//返回stack中元素的个数
	while (!st1.empty())//检测stack是否为空，当栈变为空就不再打印
	{
		cout << st1.top() << " ";
		st1.pop();//边打印边出栈，使top一直更新
	}
	cout << endl;
	cout << st1.size() << endl;
	return 0;
}

2.什么是queue？

在官网中，对queue有这样的介绍：

queues are a type of container adaptor, specifically designed to operate in a FIFO context (first-in first-out), where elements are inserted into one end of the container and extracted from the other.

我们可以归结为以下几个方面：

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:

①empty：检测队列是否为空；

②size：返回队列中有效元素的个数；

③front：返回队头元素的引用；

④back：返回队尾元素的引用；

⑤push_back：在队列尾部入队列；

⑥pop_front：在队列头部出队列；

4. 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。

queue的使用

①queue()——构造空的队列；

②empty()——检测队列是否为空，是返回true，否则返回false；

③size()——返回队列中有效元素的个数；

④front()——返回队头元素的引用；

⑤back()——返回队尾元素的引用；

⑥push()——在队尾将元素val入队列；

⑦pop()——将队头元素出队列；

#include<iostream>
#include<queue>

using namespace std;

int main()
{
	queue<int> q1;//构造空的队列
	q1.push(1);//在队尾将元素val入队列
	q1.push(4);
	q1.push(2);
	q1.push(3);
	cout << q1.size() << endl;//返回队列中有效元素的个数
	while (!q1.empty())//检测queue是否为空，当栈变为空就不再打印
	{
		cout << q1.front() << " ";
		q1.pop();//边打印边出队列，使front一直更新
	}
	cout << endl;
	return 0;
}

3.priority_queue

3.1 什么是priority_queue?

在官网中，对priority_queue有这样的介绍：
Priority queues are a type of container adaptors, specifically designed such that its first element is always the greatest of the elements it contains, according to some strict weak ordering criterion.

我们可以归结为以下几个方面：

1. 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。

2. 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)。

3. 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。

4. 底层容器可以是任何标准容器类模板，也可以是其他特定设计的容器类。容器应该可以通过随机访问迭代器访问，并支持以下操作：

①empty()：检测容器是否为空；

②size()：返回容器中有效元素个数；

③front()：返回容器中第一个元素的引用；

④push_back()：在容器尾部插入元素；

⑤pop_back()：删除容器尾部元素；

5. 标准容器类vector和deque满足这些需求。默认情况下，如果没有为特定的priority_queue类实例化指定容器类，则使用vector。

6. 需要支持随机访问迭代器，以便始终在内部保持堆结构。容器适配器通过在需要时自动调用算法函数 make_heap、push_heap和pop_heap来自动完成此操作。

3.2 priority_queue的使用

优先级队列默认使用vector作为其底层存储数据的容器，在vector上又使用了堆算法将vector中元素构造成堆的结构，因此priority_queue就是堆，所有需要用到堆的位置，都可以考虑使用priority_queue。注意：默认情况下priority_queue是大堆。

①priority_queue()/priority_queue(first,last)——构造一个空的优先级队列；

②empty()——检测优先级队列是否为空，是返回true，否则返回 false；

③top()——返回优先级队列中最大(最小元素)，即堆顶元素；

④push(val)——在优先级队列中插入元素val；

⑤pop()——删除优先级队列中最大(最小)元素，即堆顶元素。

#include<iostream>
#include<queue>

using namespace std;

int main()
{
	priority_queue<int> q1;//构造空的队列
	q1.push(1);//在队尾将元素val入队列
	q1.push(4);
	q1.push(2);
	q1.push(3);
	cout << q1.size() << endl;//返回队列中有效元素的个数
	while (!q1.empty())//检测queue是否为空，当栈变为空就不再打印
	{
		cout << q1.top() << " ";
		q1.pop();//边打印边出队列，使front一直更新
	}
	cout << endl;
	return 0;
}

queue与priority_queue输出结果对比：

* 注意

1.默认情况下，priority_queue是大堆。

#include <iostream>
#include <vector>
#include <queue>
#include <functional>   // greater算法的头文件

using namespace std;

int main()
{
	// 默认情况下，创建的是大堆，其底层按照小于号比较
	vector<int> v{ 3,2,7,6,0,4,1,9,8,5 };
	priority_queue<int> q1;
	for (auto& e : v)
		q1.push(e);
	cout << q1.top() << endl;
	// 如果要创建小堆，将第三个模板参数换成greater比较方式
	priority_queue<int, vector<int>, greater<int>> q2(v.begin(), v.end());
	cout << q2.top() << endl;
	return 0;
}