C++初阶 —— stack/queue
目录
一，容器适配器
deque双端队列
二，stack栈
stack接口
stack模拟实现
三，queue队列
queue接口
queue模拟实现
四，priority_queue优先级队列
priority_queue接口
priority_queue模拟实现
注：Date*，无法转化为const Date* &；
一，容器适配器
- 适配器是一种设计模式，该模式是将一个类的接口转换成用户希望的另一个接口；
- 虽然stack、queue中可以存元素，但在STL中并没有划为容器行列，而是将其称为容器适配器；这是因为他们只是对其他的接口进行了包装，STL中stack、queue默认的底层容器为deque；
deque双端队列
- 是一种双开口的“连续”空间的数据结构；
- 双开口，即头尾两端都可高效插入和删除操作，时间复杂度为O(1)；
- “连续”空间，其实并非真正的连续空间，而是由一段段连续的小空间拼接而成，类似于一个动态的二维数组；
- 与vector比较，头插效率高，无需挪动数据；vector的cpu高速缓存命中率高，但增容代价大且存在空间浪费；
- 与list比较，空间利用率较高；list按需申请或释放空间，任意插入删除效率高，不支持随机访问，cpu高速缓存命中率低；
优缺点
- 非常适合头插/尾插，头删/尾删，默认适合做stack/queue适配器；
- 中间插入/删除数据非常麻烦，效率不高；
- 不适合遍历，遍历时迭代器要频繁的检测是否到达边界；
- deque可以说是一种折中的方案，随机访问不及vector，任意位置插入删除不及list；
注：
- stack是一种LIFO的特殊线性数据结构，只要满足尾插尾删操作均可作为其底层容器，如vector、list；
- queue是一种FIFO的特性线性数据结构，只要满足尾插头删操作均可作为底层容器，如list；
- stack、queue默认选择deque作为其底层容器，是因为stack、queue没有迭代器无需遍历，只要在一端或两端操作即可，stack增容时deque比vector效率高不需要大量挪动数据，queue元素增长时，不仅效率高，且内存使用率也高；
int main()
{
deque dq;
dq.push_back(1);
dq.push_back(2);
dq.push_front(3);
dq.push_front(4);
cout << dq[0] << endl;
cout << dq.front() << endl;
cout << dq.back()<< endl;
dq.pop_back();
dq.pop_front();
deque::iterator it = dq.begin();
while (it != dq.end())
{
cout << *it << " ";
++it;
}
return 0;
} 二，stack栈
- 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，只能从容器的一端进行元素的插入与提取操作；
- stack是作为容器的适配器被实现的，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，元素在特定容器尾部即栈顶被压入和弹出；
- 底层容器可以是任何标准的容器类模板或其他特定的容器类，这些容器类应支持，empty、back、push_back、pop_back操作；
- 标准容器vector、deque、list均符号要求，如stack未指定特定的底层容器，默认使用deque；
stack接口
- stack()，构造空栈；
- empty()，判断释放为空栈；
- size()，返回元素个数；
- top()，返回栈顶元素个数；
- push()，压入元素；
- pop()，弹出元素；
int main()
{
stack st;
st.push(1);
st.push(2);
st.top();
st.pop();
st.size();
st.empty();
return 0;
} stack模拟实现
template >
class stack
{
public:
void push(const T& val)
{
_con.push_back(val);
}
void pop()
{
_con.pop_back();
}
const T& top()
{
return _con.back();
}
size_t size()
{
return _con.size();
}
bool empty()
{
return _con.empty();
}
private:
container _con;
};
int main()
{
stack> st;
st.push(1);
st.push(2);
st.push(3);
st.push(4);
while (!st.empty())
{
cout << st.top() << " ";
st.pop();
}
return 0;
} 三，queue队列
- queue是一种容器适配器，专门用于在先进先出中操作，其中从容器一端插入元素，另一端提取元素；
- 队列作为容器适配器实现，容器适配器即将特定容器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，从对头出队列；
- 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，empty、size、front、back、push_back、pop_front操作；
- 标准容器类deque和list默认要求，如queue没有实例化指定容器类，默认使用deque；
queue接口
- queue()，构造空队列；
- empty()，判断释放为空栈；
- size()，返回有效元素个数；
- front()，返回对头元素引用；
- back()，返回队尾元素引用；
- push()，在队尾将元素入队列；
- pop()，将对头元素出队列；
int main()
{
queue q;
q.push(1);
q.push(2);
q.front();
q.back();
q.pop();
q.size();
q.empty();
return 0;
} queue模拟实现
template >
class queue
{
public:
void push(const T& val)
{
_con.push_back(val);
}
void pop()
{
_con.pop_front();
}
const T& front()
{
return _con.front();
}
const T& back()
{
return _con.back();
}
size_t size()
{
return _con.size();
}
bool empty()
{
return _con.empty();
}
private:
container _con;
};
int main()
{
queue> st;
st.push(1);
st.push(2);
st.push(3);
st.push(4);
while (!st.empty())
{
cout << st.front() << " ";
st.pop();
}
return 0;
} 四，priority_queue优先级队列
- 优先级队列，默认使用vector作为底层容器；
- vector上使用堆算法，将元素构造成堆结构；
- 优先级队列其实是堆，默认为大堆；
priority_queue接口
- priority_queue()，构造空优先级队列；
- priority_queue(InputIterator first，InputIterator last)，用指定范围构造优先级队列；
- push，插入元素；
- pop，删除堆顶元素；
- top，返回堆顶元素；
- size，返回有效元素个数；
- empty，检测是否为空；
int main()
{
vector v = { 1,2,3,4 };
priority_queue pq(v.begin(), v.end());
pq.push(3);
pq.push(5);
while (!pq.empty())
{
cout << pq.top() << " ";
pq.pop();
}
return 0;
} priority_queue模拟实现
template, class compare = less>
class priority_queue
{
public:
priority_queue()
{}
template
priority_queue(InputIterator first, InputIterator last)
{
while (first != last)
{
push(*first);
++first;
}
}
void push(const T& val)
{
_con.push_back(val);
AdjustUp(_con.size() - 1);
}
void pop()
{
std::swap(_con[0], _con[_con.size() - 1]);
_con.pop_back();
AdjustDown(0);
}
const T& top()const
{
return _con.front();
}
size_t size()const
{
return _con.size();
}
bool empty()const
{
return _con.empty();
}
void AdjustDown(size_t parent)
{
size_t child = parent * 2 + 1;
while (child < _con.size())
{
if (child + 1 < _con.size() && compare()(_con[child], _con[child + 1]))
child++;
if (compare()(_con[parent], _con[child]))
{
std::swap(_con[parent], _con[child]);
parent = child;
child = parent * 2 + 1;
}
else
break;
}
}
void AdjustUp(size_t child)
{
size_t parent = (child - 1) / 2;
while (child > 0)
{
if (compare()(_con[parent], _con[child]))
{
std::swap(_con[parent], _con[child]);
child = parent;
parent = (child - 1) / 2;
}
else
break;
}
}
private:
container _con;
};
template
class less
{
public:
bool operator()(const T& x, const T& y)
{
return x < y;
}
};
template
class greater
{
public:
bool operator()(const T& x, const T& y)
{
return x > y;
}
}; 注，嵌套依赖名字需添加关键字typename
template
void print(const container& con)
{
//无法确定container::iterator是类型，还是静态成员变量
//需在前添加typename
typename container::const_iterator it = con.begin();
while (it != con.end())
{
cout << *it << " ";
++it;
}
} 附，自定义compare仿函数，控制比较结果；
class Date
{
friend ostream& operator<<(ostream& _cout, const Date& d);
public:
Date(int year = 1900, int month = 1, int day = 1)
: _year(year)
, _month(month)
, _day(day)
{}
bool operator<(const Date& date) const
{
return (_year < date._year) ||
(_year == date._year && _month < date._month) ||
(_year == date._year && _month == date._month && _day < date._day);
}
bool operator>(const Date& date) const
{
return (_year > date._year) ||
(_year == date._year && _month > date._month) ||
(_year == date._year && _month == date._month && _day > date._day);
}
private:
int _year;
int _month;
int _day;
};
ostream& operator<<(ostream& _cout, const Date& date)
{
_cout << date._year << "-" << date._month << "-" << date._day << endl;
return _cout;
}
//自定义compare仿函数，控制比较结果
class pDateLess
{
public:
bool operator()(const Date* pdate1, const Date* pdate2)
{
return *pdate1 < *pdate2;
}
};
int main()
{
priority_queue, pDateLess> pq;
pq.push(new Date(2000, 1, 1));
pq.push(new Date(2001, 1, 1));
pq.push(new Date(2002, 1, 1));
while (!pq.empty())
{
cout << *pq.top();
pq.pop();
}
return 0;
} 注：Date*，无法转化为const Date* &；
//const Date*&，是对类型const Date*的引用
//但实际传递的类型为Date*，无法转化为const Date* &
bool operator()(const Date*& pdate1, const Date*& pdate2)
{
return *pdate1 < *pdate2;
}
//说明
int a = 1;
int* pa = &a;
const int*& pb = pa; //报错int*无法转换为const int*&
//const引用非const对象
//首先int*会隐形转化为const int*, 需借助临时变量，临时变量具有常性