C++【STL】之stack和queue学习

1. 容器适配器

1.1 适配器的概念

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。

类似于以上图片中的电源转换插头，可以将用两脚插头来适配使用三角插头，它就起到了适配器的用。

1.2 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，比如：

2. 栈stack

1. 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，其删除只能从容器的一端进行元素的插入与提取操作。

2. stack是作为容器适配器被实现的，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的，元素特定容器的尾部(即栈顶)被压入弹出。

3. stack的底层容器可以是任何标准的容器类模板或者一些其他特定的容器类，这些容器类应该支持以下操作：

• empty：判空操作
• back：获取尾部元素操作
• push_back：尾部插入元素操作
• pop_back：尾部删除元素操作

4. 标准容器vector、deque、list均符合这些需求，默认情况下，如果没有为stack指定特定的底层容器，默认情况下使用deque。

2.1 stack的使用

栈有两个模板参数，第一个参数T表示栈中保存的元素类型，也就是底层容器的元素类型；第二个参数Container表示实现栈时所使用的底层容器，这里缺省为双端队列deque

int main()
{
	//设置底层容器
	stack<int> s1;	//默认为deque
	stack<int, vector<int>> s2;	//指定为vector
	stack<char, list<char>> s3;	//指定为list

	//查看类型
	cout << typeid(s1).name() << endl;	
	cout << typeid(s2).name() << endl;
	cout << typeid(s3).name() << endl;

	return 0;
}

下面我们来讲解一下stack常用接口的使用，有兴趣的大佬们可以前往官方文档(点击跳转)进一步了解

• empty()接口：判空
• size()接口：查看大小
• top()接口：查看栈顶元素
• push()接口：入栈
• pop()接口：出栈

int main()
{
	stack<int> s;	//构造栈对象

	cout << "empty(): " << s.empty() << endl; 
	cout << "size(): " << s.size() << endl;
	cout << "-------------------" << endl;

	s.push(4); 	//入栈操作
	s.push(1);
	s.push(2);
	cout << "empty(): " << s.empty() << endl; //判空
	cout << "size(): " << s.size() << endl; //查看大小
	cout << "top(): " << s.top() << endl; //查看栈顶元素
	cout << "-------------------" << endl;

	s.pop(); //出栈操作
	s.pop();
	cout << "empty(): " << s.empty() << endl;
	cout << "size(): " << s.size() << endl;
	cout << "top(): " << s.top() << endl;
	cout << "-------------------" << endl;

	return 0;
}

2.2 stack模拟实现

容器适配器在模拟实现时，需要借助其他容器的接口复用，这里以使用 vector为例

namespace Sakura
{
	//模板参数2底层容器的缺省值设为vector
	template<class T, class Container = vector<int>>
	class stack
	{
	public:
		//默认构造函数不接受传参，需要提供一个带缺省参数的构造函数
		stack(const Container& c = Container())
			:_c(c)
		{}

		bool empty() const
		{
			return _c.empty();
		}

		size_t size() const
		{
			return _c.size();
		}

		T& top()
		{
			return _c.back();
		}

		const T& top() const
		{
			return _c.back();
		}

		void push(const T& val)
		{
			_c.push_back(val);
		}

		void pop()
		{
			_c.pop_back();
		}

	private:
		Container _c;
	};
}

3. 队列queue

1. 队列是一种容器适配器，专门用于在FIFO上下文(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。

2. 队列作为容器适配器实现，容器适配器即将特定容器类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，从队头出队列。

3. 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以下操作:

• 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

4. 标准容器类deque和list满足了这些要求。默认情况下，如果没有为queue实例化指定容器类，则使用标准容器deque。

3.1 queue的使用

队列有两个模板参数，第一个参数T表示队列中保存的元素类型，也就是底层容器的元素类型；第二个参数Container表示实现队列时所使用的底层容器，这里缺省为双端队列deque

int main()
{
	//设置底层容器
	queue<int> q1;	//默认使用deque
	queue<double, vector<double>> q2;	//指定为vector
	queue<char, list<char>> q3;	//指定为list

	//查看类型
	cout << typeid(q1).name() << endl;	
	cout << typeid(q2).name() << endl;
	cout << typeid(q3).name() << endl;

	return 0;
}

下面我们来讲解一下queue常用接口的使用，有兴趣的大佬们可以前往官方文档(点击跳转)进一步了解

• empty()接口：判空
• size()：查看大小
• front()：查看对头元素
• back()：查看队尾元素
• push()：入队
• pop()：出队

int main()
{
	queue<int> q;	//构造出队列对象

	cout << "empty(): " << q.empty() << endl;
	cout << "size(): " << q.size() << endl;
	cout << "-------------------" << endl;

	q.push(1); //入队操作
	q.push(2);
	q.push(3);
	q.push(4);
	q.push(5);
	q.push(6);
	cout << "empty(): " << q.empty() << endl; //判空
	cout << "size(): " << q.size() << endl;   //查看大小
	cout << "front(): " << q.front() << endl; //查看队头元素
	cout << "back(): " << q.back() << endl;   //查看队尾元素
	cout << "-------------------" << endl;

	q.pop(); //出队操作
	q.pop();
	q.pop();
	cout << "empty(): " << q.empty() << endl;
	cout << "size(): " << q.size() << endl;
	cout << "front(): " << q.front() << endl;
	cout << "back(): " << q.back() << endl;
	cout << "-------------------" << endl;

	return 0;
}

3.2 queue模拟实现

这里借用list作为底层容器来实现队列

#pragma once
#include 
#include 
using namespace std;

namespace Sakura
{
    //模板参数2底层容器的缺省值设为list
	template<class T, class Container = list<T>>
	class queue
	{
	public:
		queue(const Container& c = Container())
			:_c(c)
		{}

		bool empty() const
		{
			return _c.empty();
		}

		size_t size() const
		{
			return _c.size();
		}

		T& front()
		{
			return _c.front();
		}
		const T& front() const
		{
			return _c.front();
		}

		T& back()
		{
			return _c.back();
		}
		const T& back() const
		{
			return _c.back();
		}

		void push(const T& val)
		{
			_c.push_back(val);
		}

		void pop()
		{
			_c.pop_front();
		}

	private:
		Container _c;
	};
}

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C++【STL】之stack和queue学习，到这里就介绍结束了，本篇文章对你由帮助的话，期待大佬们的三连，你们的支持是我最大的动力！

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