STL容器适配器之stack、queue剖析
- 一、stack、queue的接口
- （一）stack 接口说明
- （二）queue 接口说明
- 二、stack、queue的模拟实现
- （一）stack、queue是容器适配器
- stack、queue底层默认容器--deque
- 1、deque概念及原理
- 2、stl中deque迭代器的实现（部分）
- （二）stack的模拟实现
- （三）queue的模拟实现
- 三、优先队列
- （一）优先队列的概念
- （二）优先队列的接口说明
- （三）优先队列的模拟实现
- 四、结束语
一、stack、queue的接口
（一）stack 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
（二）queue 接口说明
- empty：
- 检测队列是否为空
- 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
- push_back：
- 在队列尾部入队列
- pop_front：
- 在队列头部出队列
二、stack、queue的模拟实现
（一）stack、queue是容器适配器
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queue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.
stack、queue底层默认容器–deque
1、deque概念及原理
deque(双端队列)：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：
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
2、stl中deque迭代器的实现（部分）
在stl源码实现中，下面截取了迭代器的部分，有很多知识值得学习。
1、普通迭代器和
const迭代器实现技巧我们知道
const对象的实现就是不能修改值，因此只需要在实现迭代器时针对一下->和*的返回值即可，源码库中使用两个模板参数巧妙的解决这个问题。
2、非类型模板参数
在模板进阶中我们会讲到非类型模板参数的使用，使用
size_t作为参数相当于一个宏的使用。
template <class T, class Ref, class Ptr, size_t BufSiz>
3、重载的复用
先实现重载符号 += 接着的 +、-、-=都采用了复用的方式，使得代码更简洁。
在实现++、–时，先实现前置++，前置–，再实现后置++，后置–，这里也可以复用
#pragma once
template <class T, class Ref, class Ptr, size_t BufSiz>
struct __deque_iterator {
typedef __deque_iterator<T, T&, T*, BufSiz> iterator;
typedef __deque_iterator<T, const T&, const T*, BufSiz> const_iterator;
typedef T value_type;
typedef Ptr pointer;
typedef Ref reference;
typedef T** map_pointer;
typedef ptrdiff_t difference_type;
typedef __deque_iterator self;
//构造函数
//有参构造
__deque_iterator(T* x, map_pointer y)
: cur(x), first(*y), last(*y + buffer_size()), node(y) {}
//默认构造
__deque_iterator() : cur(0), first(0), last(0), node(0) {}
//拷贝构造
__deque_iterator(const iterator& x)
: cur(x.cur), first(x.first), last(x.last), node(x.node) {}
//更新结点信息
void set_node(map_pointer new_node) {
node = new_node;
first = *new_node;
last = first + difference_type(buffer_size());
}
//运算符重载
reference operator*() const { return *cur; }
pointer operator->() const { return &(operator*()); }
self& operator++() {
++cur;
if (cur == last) {
set_node(node + 1);
cur = first;
}
return *this;
}
self operator++(int) {
self tmp = *this;
++*this;
return tmp;
}
self& operator--() {
if (cur == first) {
set_node(node - 1);
cur = last;
}
--cur;
return *this;
}
self operator--(int) {
self tmp = *this;
--*this;
return tmp;
}
self& operator+=(difference_type n) {
difference_type offset = n + (cur - first);
if (offset >= 0 && offset < difference_type(buffer_size()))
cur += n;
else {
difference_type node_offset =
offset > 0 ? offset / difference_type(buffer_size())
: -difference_type((-offset - 1) / buffer_size()) - 1;
set_node(node + node_offset);
cur = first + (offset - node_offset * difference_type(buffer_size()));
}
return *this;
}
self operator+(difference_type n) const {
self tmp = *this;
return tmp += n;
}
self& operator-=(difference_type n) { return *this += -n; }
self operator-(difference_type n) const {
self tmp = *this;
return tmp -= n;
}
reference operator[](difference_type n) const { return *(*this + n); }
bool operator==(const self& x) const { return cur == x.cur; }
bool operator!=(const self& x) const { return !(*this == x); }
bool operator<(const self& x) const {
return (node == x.node) ? (cur < x.cur) : (node < x.node);
}
//成员变量
private:
T* cur;
T* first;
T* last;
map_pointer node;
};
（二）stack的模拟实现
通过
stack的实现可以看出，stack的实现是基于deque。栈的实现就是将双端队列进行包装，这个过程就像是deque是交流电，而stack就是这个插头，为用户提供需要的接口。
#pragma once
#include<vector>
#include<list>
#include<deque>
using namespace std;
namespace wgm {
template<class T, class Container = deque<T>>
class stack {
public:
void push(const T& val) {
_con.push_back(val);
}
void pop() {
_con.pop_back();
}
bool empty() const
{
return _con.empty();
}
size_t size() const
{
return _con.size();
}
const T& top() const
{
return _con.back();
}
private:
Container _con;
};
}
（三）queue的模拟实现
和
stack类似，在它的参数列表中也有一个参数类型Container(容器），它也存在默认参数deque。这里的参数不能传入vector,因为vector不支持头部出元素的pop_front操作。
#pragma once
#include<vector>
#include<list>
#include<deque>
using namespace std;
namespace wgm {
template<class T, class Container = deque<T>>
class queue {
public:
void push(const T& val) {
_con.push_back(val);
}
void pop() {
_con.pop_front();
}
bool empty() const
{
return _con.empty();
}
size_t size() const
{
return _con.size();
}
const T& front() const
{
return _con.front();
}
const T& back() const
{
return _con.back();
}
private:
Container _con;
};
}
三、优先队列
（一）优先队列的概念
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（小）的。实际上，这就和之前学过的数据结构堆的性质一样。
（二）优先队列的接口说明
- empty()：
- 检测容器是否为空
- size()：
- 返回容器中有效元素个数
- front()：
- 返回容器中第一个元素的引用
- push_back()：
- 在容器尾部插入元素
- pop_back()：
- 删除容器尾部元素
（三）优先队列的模拟实现
#pragma once
#include<vector>
#include<iostream>
using namespace std;
namespace wgm {
template <class T>
struct less
{
bool operator() (const T& x, const T& y) const
{
return x < y;
}
};
template <class T>
struct greater
{
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:
#define FATHER(i) (((i) - 1) / 2)
#define LEFT(i) (((i) * 2) + 1)
#define RIGHT(i) (((i) * 2) + 2)
void AdjustUp(int i)
{
Compare cmp;
while (FATHER(i) >= 0 && Compare()(_con[FATHER(i)], _con[i])) {
swap(_con[i], _con[FATHER(i)]);
i = FATHER(i);
}
}
void AdjustDown(int i)
{
while (LEFT(i) < _con.size()) {
int l = LEFT(i), r = RIGHT(i), ind = i;
Compare cmp;
if (cmp(_con[ind], _con[LEFT(i)])) ind = LEFT(i);
if (RIGHT(i) < _con.size() && cmp(_con[ind], _con[RIGHT(i)])) ind = RIGHT(i);
if (ind == i) break;
swap(_con[i], _con[ind]);
i = ind;
}
}
void push(const T& val)
{
_con.push_back(val);
AdjustUp(_con.size() - 1);
}
void pop()
{
swap(_con[0], _con[_con.size() - 1]);
_con.pop_back();
AdjustDown(0);
}
bool empty()
{
return _con.empty();
}
const T& top()
{
return _con[0];
}
size_t size()
{
return _con.size();
}
private:
Container _con;
};
}
四、结束语
这个部分相对于之前学的容器要简单，只不过这个双端队列的实现源码还是挺有意思的，可以尝时着实现实现。
