1. stack的介绍及重要接口
stack---栈，是一种“先进后出，后进先出”的数据结构。
此处的stack是STL库中定义的一个类模板，用于实例化出存储各种类型数据的栈。
| bool empty() const; | 判断栈是否为空(空true/非空false) |
| size_t size() const; | 返回栈中的数据个数 |
| T& top(); const T& top() const; | 返回栈顶元素(目前最早进最后出的元素)的引用 |
| void push(const T& val); | 入栈(到栈顶) |
| void pop(); | 出栈(删除栈顶元素) |
| void swap(stack& x); | 交换两个栈的内容 |
2. queue的介绍及重要接口
queue---队列，是一种“先进先出，后进后出”的数据结构。
此处的queue是STL库中定义的一个类模板，用于实例化出存储各种类型数据的队列。
| bool empty() const; | 判断队列是否为空(空true/非空false) |
| size_t size() const; | 返回队列中的数据个数 |
| T& front(); const T& front() const; | 返回队头元素(目前最早进最先出的元素) |
| T& back(); const T& back() const; | 返回队尾元素(目前最后进最后出的元素) |
| void push(const T& val); | 入队列(到队尾) |
| void pop(); | 出队列(删除队头元素) |
| void swap(queue& x); | 交换两个队列的内容 |
3. stack和queue的模拟实现
3.1 适配器模式
在STL标准库中，stack和queue并没有被划分为容器，而是被定义为容器适配器。
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。
如果有数据结构的知识基础就能知道，stack和queue的底层就是顺序表，是数据访问受到限制的顺序表。
于是，我们可以对顺序表及其接口进行包装，进而实现stack和queue。
3.2 stack的模拟实现
namespace lbz
{
template<class T, class container = deque<T>>
class stack
{
public:
stack(const container& ctnr = container())
:_con(ctnr)
{}
bool empty() const
{
return _con.empty();
}
size_t size() const
{
return _con.size();
}
T& top()
{
return _con.back();
}
const T& top() const
{
return _con.back();
}
void push(const T& val)
{
_con.push_back(val);
}
void pop()
{
_con.pop_back();
}
void swap(stack& st)
{
_con.swap(st._con);
}
private:
container _con;
};
}3.3 queue的模拟实现
namespace lbz
{
template<class T, class container = deque<T>>
class queue
{
public:
queue(const container& ctnr = container())
:_con(ctnr)
{}
bool empty() const
{
return _con.empty();
}
size_t size() const
{
return _con.size();
}
T& front()
{
return _con.front();
}
const T& front() const
{
return _con.front();
}
T& back()
{
return _con.back();
}
const T& back() const
{
return _con.back();
}
void push(const T& val)
{
_con.push_back(val);
}
void pop()
{
_con.pop_front();
}
void swap(queue& st)
{
_con.swap(st._con);
}
private:
container _con;
};
}4. deque的简单介绍
一般来说，stack底层适合用vector，queue底层适合用list，但是在标准库中，二者都用deque作为底层容器的缺省参数。
vector和list由于自身的优缺点过于明显且对立，所以二者在实现时因为效率的原因，各自有一些对方没有的接口，这也使得他们分别与stack和list绑定。
而deque可以说是vector和list的缝合怪，因为二者的接口它都支持，所以可以同时作为stack和queue的底层容器，这也就意味着它是将二者优缺点折中的数据结构。
4.1 deque的结构
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。
然而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：
其中，map是一个指针数组，存储各个存储数据的数组的地址。
初始的数组存放在map中部位置，当需要向前扩容时，就在将新申请的数组放到已有数组在map中的前一个位置；当需要向后扩容时就将新申请的数组放到map中已有数组的后一个位置。
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：
deque迭代器具体是如何运作的比较复杂，在此不作过多论述，简单了解即可。
4.2 deque的优缺点
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，deque的优势是：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。
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。
4.3 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：
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。
5. 优先级队列priority_queue
顾名思义，优先级队列就是让队中的数据按照优先级（大小顺序等）排队出队。
priority_queue的底层实际上就是堆，既可以依据大小来建大堆小堆，也可以根据自定义的逻辑来制定优先级。
函数指针在C++中并不推荐，这里我们要用到仿函数来传递我们的建堆逻辑。
5.1 仿函数
STL库中priority_queue的原型如下：
template <class T, class Container = vector<T>,
class Compare = less<typename Container::value_type> > class priority_queue;我们可以看到，模板的类型参数列表中有一个Compare类型，其缺省值为less<typename Container::value_type>。
这里的less是一个特殊的类(对应的有greater类)，它没有任何成员变量，但是对"()"进行了重载：
template <class T> struct less : binary_function <T,T,bool> {
bool operator() (const T& x, const T& y) const {return x<y;}
};于是，less类就可以这样来使用：
int main()
{
int a = 10, b = 10;
less<int> isLess;
if(isLess(a, b))
cout << "a < b" << endl;
return 0;
}这里，由less<int>类实例化出的对象isLess有了类似函数的用法，效果也与函数相同，这就是所谓的仿函数。
通过这样的仿函数，我们就可以将自定义的逻辑传入到类模板中去。
注意，传入"less"，建的是大堆；传入"greater"，建的是小堆。
5.2 priority_queue的常用接口
由于priority_queue实质上就是堆，所以下表中均以堆代指。
| bool empty() const; | 判断堆是否为空(空true/非空false) |
| size_t size() const; | 返回堆中的数据个数 |
| const T& top() const; | 返回堆队头元素(堆顶元素) |
| void push(const T& val); | 入堆 |
| void pop(); | 出堆 |
| void swap(priority_queue& x); | 交换两个堆的内容 |
5.3 priority_queue的模拟实现
namespace lbz
{
template <class T, class Container = vector<T>, class Compare = less<T>>
class priority_queue
{
public:
void push(const T& x)
{
_con.push_back(x);
AdjustUp(_con.size() - 1);
}
void pop()
{
swap(_con[0], _con[_con.size() - 1]);
_con.pop_back();
AdjustDown(0);
}
const T& top()
{
return _con[0];
}
size_t size() const
{
return _con.size();
}
bool empty() const
{
return _con.empty();
}
private:
void AdjustUp(size_t child)
{
size_t parent = (child - 1) / 2;
while (child > 0 && _com(_con[parent], _con[child]))
{
swap(_con[parent], _con[child]);
child = parent;
parent = (child - 1) / 2;
}
}
void AdjustDown(size_t parent)
{
size_t child = parent * 2 + 1;
while (child < _con.size())
{
if (child + 1 < _con.size() && _com(_con[child], _con[child + 1]))
child++;
if (_com(_con[parent], _con[child]))
{
swap(_con[parent], _con[child]);
parent = child;
child = parent * 2 + 1;
}
else
{
break;
}
}
}
Container _con;
Compare _com;
};
}
