【STL】stack、queue基本使用和模拟实现

目录

前言

stack

接口介绍

模拟实现

queue

接口介绍

模拟实现

没有迭代器 

deque介绍

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前言

stack 和 queue 本质上是一种容器配接器，就像我们平时充电时使用的电源适配器，能够将电压转换成设备能够接受的程度。

其通过封装特定容器作为其底层容器的类，通过一组特定的成员函数来实现结构的功能。

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stack

stack 就是 STL 中封装好的栈，在使用的时候我们不仅可以指定内部的数据类型，还可以指定内部的容器。

不指定容器其实也是可以的，内部的模板参数有一个缺省值。

int main()
{
	stack> s1;     //内部容器为vector
	stack> s2;       //内部容器为list
    stack s3;                  //内部为默认容器deque
	return 0;
}

接口介绍

库中还提供了一系列的接口，我们以前如何使用栈就如何使用 stack 即可，下面用一系列代码来示例一下。 

int main()
{
	stack s;
	s.push(5);          //5
	s.push(6);          //5 6
	s.push(7);          //5 6 7
	s.push(8);          //5 6 7 8
	cout << s.size() << endl;   //打印栈的大小
	while (!s.empty())        //直到栈为空循环
	{
		cout << s.top() << endl;   //打印栈顶元素
		s.pop();                   //出栈
	}
	return 0;
}

 

模拟实现

根据库中接口简单地实现一下 stack，需要注意的是这里复用的接口需要确保几个底部容器都要同时拥有。

namespace Alpaca
{
	template>
	class stack
	{
	public:
		void push(const T& x)    //入栈
		{
			_con.push_back(x);   //设置尾端为栈顶，入栈即尾插
		}

		void pop()               //出栈
		{
			_con.pop_back();
		}

		const T& top()           //获取栈顶元素
		{
			return _con.back();  //获取最后一个元素
		}

		size_t size()            //获取栈的大小
		{
			return _con.size();  //返回容器的大小
		}

		bool empty()              //栈的判空
		{
			return _con.empty();  //返回容器的判空
		} 

	private:
		Container _con;      //容器对象
	};
}

queue

queue 则是封装出来的队列，与 stack 相反遵循着先进先出的原则(FIFO)。

通过查询资料我们还发现，要作为 queue 的容器还需要支持以下操作：

同样，使用 queue 时模板参数有两个，分别是内部元素的类型和内部容器，且内部容器缺省为 deque。

int main()
{
	queue q1;                //传递缺省模板参数
	queue> q2;     //指定内部容器为list
	return 0;
}

接口介绍

队列与栈相反，其只在队尾入队，在队头出队。我们可以通过实例代码简单使用一下。

int main()
{
	queue q;
	cout << "size is: " << q.size() << endl;   //查看队列大小
	q.push(1);                                 //数据入队
	q.push(2);
	q.push(3);
	q.push(4);
	q.push(5);
	cout << "size is: " << q.size() << endl;   
	cout << "first is: " << q.front() << endl; //查看首元素
	cout << "last is: " << q.back() << endl;   //查看最后一个元素
	while (!q.empty())                         //直到队空循环
	{
		cout << q.front() << " ";              //打印队头
		q.pop();                               //出队
	}
	cout << endl;
	cout << "size is: " << q.size() << endl;   //查看队列大小
	return 0;
}

模拟实现

由于是泛型在使用的时候并不会对内部函数进行提示，简单理解就是我们复用对应容器的接口来实现队列的接口函数。

namespace Alpaca
{
	template>
	class queue
	{
	public:
		void push(const T& x)        //入队
		{
			_con.push_back(x);       //尾插
		}

		void pop()                   //出队
		{
			_con.pop_front();        //头删
		} 

		const T& front()             //获取队头元素
		{
			return _con.front();
		}

		const T& back()              //获取对尾元素
		{
			return _con.back();
		}

		size_t size()                //获取队列大小
		{
			return _con.size();      //获取容器大小
		}

		bool empty()                 //队列判空
		{
			return _con.empty();     //容器判空
		}

	private:
		Container _con;
	};

}

没有迭代器 

因为无论是 stack 和 queue 都是根据其特定的顺序进行元素的插入和删除，因此二者都不提供走访功能，也不提供迭代器。

deque介绍

在出现 vector 和 list 之后，有人想到 vector 能够随机读取，但扩容和随机插入删除效率较低，而 list 插入删除效率都极高却无法随机访问，能不能实现一个结构能够同时兼顾 vector 和 list 的优点呢？

于是 deque 就诞生了，deque 又叫双端队列，即一种双向开口的连续线性空间。

为了兼顾双端插入以及随机访问，deque 的底层是使用一个中控数组来管理一个个连续的空间，且第一个空间被开辟出来后是存放在中控数组的中央位置，之后不断插入数据，若一块连续空间已满只需要再开一块连续空间即可。也就是在中控数组中再增加一个指针。

若是进行头插，则需要开辟一段新空间，将新的值存于连续空间的尾部。

得益于这种结构，即便是扩容所带来的拷贝消耗也是极低的，实际上不会像 vector 那样复杂的深拷贝，而只是对中控数组中的指针进行拷贝。同时  deque 也支持随机访问，只要直到每个连续空间的大小通过简单的计算便可以实现随机访问。

若 deque 有这么多的有点，那为什么它还没有取代 vector 和 list 呢？这就不得不提到 deque 最为鸡肋的地方了，中部的插入删除操作相当复杂，若是直接在中部插入就要挪动当前空间的数据，更甚者还要牵扯到接下来的连续空间。不仅如此 deque 提供的优点不如 vector 和 list 那样极致，这也是为什么 deque 代替不了二者的原因。

但若是有一种容器并不需要中间的插入删除，只需要在两端进行插入删除呢？于是 deque 就成为了适合 stack 和 queue 实现的内部容器。

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好了，今天 stack、queue基本使用和模拟实现 的相关内容到这里就结束了，如果这篇文章对你有用的话还请留下你的三连加关注。