文章目录
- 一、stack
- 1.1 stack的使用
- 1.2 stack的模拟实现
- 二、queue
- 2.1 queue的使用
- 2.2 queue的模拟实现
- 三、优先级队列
- 1.优先级队列的介绍
- 2. priority_queue的使用的使用
- 3.模拟实现优先级队列
- 四、 容器适配器
- 1.STL标准库中stack和queue的底层结构
- 2.deque（双端对列）了解
- 2.1deque的概念
- 2.2deque的缺陷
- 2.3为什么选择deque作为stack和queue的底层默认容器
- 五、STL标准库中对于stack和queue的模拟实现
- stack的模拟实现
- queue的模拟实现
一、stack
栈的特点是先进后出，stack不提供迭代器。
1.1 stack的使用
| 函数说明 | 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 |
1.2 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。
#include<vector>
namespace fx
{
template<class T>
class stack
{
public:
stack() {}
void push(const T& x) {_c.push_back(x);}
void pop() {_c.pop_back();}
T& top() {return _c.back();}
const T& top()const {return _c.back();}
size_t size()const {return _c.size();}
bool empty()const {return _c.empty();}
private:
std::vector<T> _c;
};
}
二、queue
队列的特点是先进先出，queue不提供迭代器
2.1 queue的使用
| 函数说明 | 接口说明 |
|---|---|
| queue() | 构造空的队列 |
| empty() | 检测队列是否为空，是返回true，否则返回false |
| 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 |
| pop() | 将队头元素出队列 |
| push() | 在队尾将元素val入队列 |
2.2 queue的模拟实现
queue的底层可以是list等支持尾插头删的线性容器，但并不支持vector，因为数组头插头删效率不行。
#include <list>
namespace fx
{
template<class T>
class queue
{
public:
queue() {}
void push(const T& x) {_c.push_back(x);}
void pop() {_c.pop_front();}
T& back() {return _c.back();}
const T& back()const {return _c.back();}
T& front() {return _c.front();}
const T& front()const {return _c.front();}
size_t size()const {return _c.size();}
bool empty()const {return _c.empty();}
private:
std::list<T> _c;
};
}
三、优先级队列
1.优先级队列的介绍
在有了前面容器使用的基础之下，我们对于优先级队列priority_queue的使用成本不是很大，值得注意的是头文件为 < queue>
普通的队列是先进先出，优先级队列默认是优先级高的先出
Container: 优先级队列默认使用vector作为其底层存储数据的容器，支持[]的使用，支持随机访问，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。
Compare:注意：默认情况下priority_queue是大堆，仿函数为less。
2. priority_queue的使用的使用
| 函数说明 | 接口说明 |
|---|---|
| priority_queue()/priority_queue(first,last) | 构造一个空的优先级队列 |
| empty( ) | 检测优先级队列是否为空，是返回true，否则返回false |
| top( ) | 返回优先级队列中最大(最小元素)，即堆顶元素 |
| push(x) | 在优先级队列中插入元素x |
| pop() | 删除优先级队列中最大(最小)元素，即堆顶元素 |
3.模拟实现优先级队列
#pragma once
namespace fx
{
template <class T>
class less
{
public:
bool operator()(const T& x, const T& y) const
{
return x < y;
}
};
template <class T>
class greater
{
public:
bool operator()(const T& x, const T& y) const
{
return x > y;
}
};
template<class T, class Container = vector<T>, class Compare = less<T>>
class priority_queue
{
public:
priority_queue()
{}
template <class InputIterator>
priority_queue(InputIterator first, InputIterator last)
:_con(first, last)
{
for (int i = (_con.size() - 1 - 1) / 2; i >= 0; i--)
{
adjust_down(i);
}
}
void adjust_up(size_t child)
{
Compare com;
size_t parent = (child - 1) / 2;
while (child > 0)
{
//if ( _con[parent]<_con[child])
if (com(_con[parent], _con[child]))
{
swap(_con[child], _con[parent]);
child = parent;
parent = (child - 1) / 2;
}
else
{
break;
}
}
}
void adjust_down(size_t parent)
{
Compare com;
size_t child = parent * 2 + 1;
while (child < _con.size())
{
//if (child + 1 < _con.size() && _con[child] < _con[child + 1])
if (child + 1 < _con.size() && com(_con[child], _con[child + 1]))
{
child++;
}
//if (_con[parent]<_con[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[0];
}
bool empty() const
{
return _con.empty();
}
size_t size() const
{
return _con.size();
}
private:
Container _con;
};
}
仿函数和C语言的函数指针的作用有点类似，函数指针是传入目标函数的地址，通过函数回调来执行目标函数的功能。而仿函数是一个类，对于模板函数，根据传入函数的类对象调用类中的operator()来控制不同的结果;对于模板类，通过在类中构造仿函数对象，在需要功能“分叉”的地方调用仿函数类中的operator()来达到不同的效果。（白话：泛型中的仿函数影响逻辑，通过仿函数来控制一个“水龙头”出冷水还是出热水······）
还有一种情况：优先级队列存的是某个类的地址，但是需要比较指针指向值的优先级。那这个时候就不能用中的less和greater控制建堆，需要自己写仿函数。（仿函数也可以加上模板特化）
四、 容器适配器
1.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：
2.deque（双端对列）了解
2.1deque的概念
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：
2.2deque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。
2.3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)，只需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。
五、STL标准库中对于stack和queue的模拟实现
stack的模拟实现
#include<deque>
namespace fx
{
template<class T, class Con = deque<T>>
//template<class T, class Con = vector<T>>
//template<class T, class Con = list<T>>
class stack
{
public:
stack() {}
void push(const T& x) {_c.push_back(x);}
void pop() {_c.pop_back();}
T& top() {return _c.back();}
const T& top()const {return _c.back();}
size_t size()const {return _c.size();}
bool empty()const {return _c.empty();}
private:
Con _c;
};
}
queue的模拟实现
include<deque>
#include <list>
namespace fx
{
template<class T, class Con = deque<T>>
//template<class T, class Con = list<T>>
class queue
{
public:
queue() {}
void push(const T& x) {_c.push_back(x);}
void pop() {_c.pop_front();}
T& back() {return _c.back();}
const T& back()const {return _c.back();}
T& front() {return _c.front();}
const T& front()const {return _c.front();}
size_t size()const {return _c.size();}
bool empty()const {return _c.empty();}
private:
Con _c;
};
}
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