C++STL库中queue
文章目录
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queue的介绍
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queue的常用接口
-
queue的模拟实现
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priority_queue的介绍
-
priority_queue的常用接口
-
priority_queue的模拟实现
-
容器适配器
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deque的介绍
-
仿函数
一、queue的介绍
- 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。
二、queue的常用接口
函数声明 接口说明queue() 构造空的队列empty() 检测队列是否为空，是返回true，否则返回falsesize() 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() 在队尾将元素val入队列pop() 将队头元素出队列swap() 交换两个容器内容
相关接口的演示：
#include
#include
int main()
{
std::queue q;
q.push(1);
q.push(2);
q.push(3);
while (!q.empty()) {
std::cout << q.front() << " ";
q.pop();
}
return 0;
} 三、queue的模拟实现
#pragma once
namespace Queue
{
//这里默认是采用deque这种适配器来模拟栈
template>
class queue
{
public:
/*
queue()//这里不需要显示写构造函数，因为是自定义类型，直接调用默认构造函数就行
{}
*/
bool empty()
{
return _con.empty();
}
size_t size()const
{
return _con.size();
}
const T& front()const
{
return _con.front();
}
const T& back()const
{
return _con.back();
}
void push(const T& val)
{
_con.push_back(val);
}
void pop()
{
_con.pop_front();
}
void swap(queue& q)
{
std::swap(_con, q._con);
}
private:
Contain _con;
};
} 四、priority_queue的介绍
- 1. 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的。
- 2. 此上下文类似于堆，在堆中可以随时插入元素，并且只能检索最大堆元素(优先队列中位于顶部的元素)。
- 3. 优先队列被实现为容器适配器，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。元素从特定容器的“尾部”弹出，其称为优先队列的顶部。
- 4. 底层容器可以是任何标准容器类模板，也可以是其他特定设计的容器类。容器应该可以通过随机访问迭代器访问，并支持以下操作：
- 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
- 5. 标准容器类vector和deque满足这些需求。默认情况下，如果没有为特定的priority_queue类实例化指定容器类，则使用vector。
- 6. 需要支持随机访问迭代器，以便始终在内部保持堆结构。容器适配器通过在需要时自动调用算法函数make_heap、push_heap和pop_heap来自动完成此操作。
五、priority_queue的常用接口
优先级队列默认使用vector作为其底层存储数据的容器，在vector上又使用了堆算法将vector中元素构造成堆的结构，因此priority_queue就是堆，所有需要用到堆的位置，都可以考虑使用priority_queue。注意：默认情况下priority_queue是大堆。
函数声明 接口说明priority_queue()/priority_queue(first, last) 构造一个空的优先级队列empty( ) 检测优先级队列是否为空，是返回true，否则返回falsetop( ) 返回优先级队列中最大(最小元素)，即堆顶元素push(x) 在优先级队列中插入元素xpop () 删除优先级队列中最大(最小)元素，即堆顶元素
1. 默认情况下，priority_queue是大堆
#include
#include
#include
#include "queue.h"
#include
#include
#include // greater算法的头文件
void TestPriorityQueue()
{
// 默认情况下，创建的是大堆，其底层按照小于号比较
std::vector v{3,2,7,6,0,4,1,9,8,5};
std::priority_queue q1;
for (auto& e : v)
q1.push(e);
std::cout << q1.top() <, std::greater> q2(v.begin(), v.end());
std::cout << q2.top() << std::endl;
}
int main()
{
TestPriorityQueue();
return 0;
} 2.如果在priority_queue中放自定义类型的数据，用户需要在自定义类型中提供> 或者< 的重载。
#include
#include
#include
#include "queue.h"
#include
#include
#include // greater算法的头文件
class Date
{
public:
Date(int year = 1900, int month = 1, int day = 1)
: _year(year)
, _month(month)
, _day(day)
{}
bool operator<(const Date& d)const
{
return (_year < d._year) ||
(_year == d._year && _month < d._month) ||
(_year == d._year && _month == d._month && _day < d._day);
}
bool operator>(const Date& d)const
{
return (_year > d._year) ||
(_year == d._year && _month > d._month) ||
(_year == d._year && _month == d._month && _day > d._day);
}
friend std::ostream& operator<<(std::ostream& _cout, const Date& d)
{
_cout << d._year << "-" << d._month << "-" << d._day;
return _cout;
}
private:
int _year;
int _month;
int _day;
};
void TestPriorityQueue()
{
// 大堆，需要用户在自定义类型中提供<的重载
std::priority_queue q1;
q1.push(Date(2018, 10, 29));
q1.push(Date(2018, 10, 28));
q1.push(Date(2018, 10, 30));
std::cout << q1.top() << std::endl;
// 如果要创建小堆，需要用户提供>的重载
std::priority_queue, std::greater> q2;
q2.push(Date(2018, 10, 29));
q2.push(Date(2018, 10, 28));
q2.push(Date(2018, 10, 30));
std::cout << q2.top() << std::endl;
}
int main()
{
TestPriorityQueue();
return 0;
} 六、priority_queue的模拟实现
#pragma once
namespace Priority_queue
{
template
struct Less
{
bool operator()(const T& x, const T& y)
{
return x < y;
}
};
template
struct Greater
{
bool operator()(const T& x, const T& y)
{
return x > y;
}
};
template,class Compare=Less>
class priority_queue
{
public:
priority_queue()
{}
template
priority_queue(InputIterator first, InputIterator last)
{
while (first != last) {
_con.push_back(*first);
first++;
int child = _con.size() - 1;
int parent = (child - 1) / 2;
for (int i = parent; i >= 0; i--) AdjustDown(i);
}
}
void AdjustUp(size_t child)
{
Compare com;
size_t parent = (child - 1) / 2;
while (child) {
if (com(_con[parent], _con[child])) {
std::swap(_con[child], _con[parent]);
child = parent;
parent = (child - 1) / 2;
}
else break;
}
}
void AdjustDown(size_t parent)
{
Compare com;
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])) {
std::swap(_con[parent], _con[child]);
parent = (child - 1) / 2;
child = parent * 2 + 1;
}
else break;
}
}
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);
}
bool empty()
{
return _con.empty();
}
size_t size()
{
return _con.size();
}
const T& top()
{
return _con[0];
}
private:
Container _con;
};
} 七、容器适配器
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。
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和队列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：
八、deque的介绍
1.deque的原理介绍
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。
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，因此deque的迭代器设计就比较复杂，如下图所示 ：
2.deque的缺陷
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，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。
但是，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。
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。
九、仿函数
1、仿函数的概念
仿函数（functor）又称之为函数对象（function object），实际上就是 重载了()操作符 的 struct或class。由于重载了（）操作符，所以使用他的时候就像在调用函数一样，于是就被称为“仿”函数啦。
2.仿函数写法举例
template
struct Less
{
bool operator()(const T& x, const T& y)
{
return x < y;
}
};
template
struct Greater
{
bool operator()(const T& x, const T& y)
{
return x > y;
}
}; 3.仿函数的类别
在C++ 的functional头文件中，已经为我们提供好了一些仿函数，可以直接使用。
1.算术仿函数
1.plus 计算两数之和
transform(begin(a), end(a), begin(b), begin(a), plus
());
2.minus 两数相减
transform(begin(a), end(a), begin(b), begin(a), minus
());
3.multiplies 两数相乘
transform(begin(a), end(a), begin(b), begin(a), multiplies
());
4.divides 两数相除
transform(begin(a), end(a), begin(b), begin(a), divides
());
5.modules 取模运算
transform(begin(a), end(a), begin(b), begin(a), modulus
());
6.negate 相反数
transform(begin(a), end(a), begin(a), negate
());
2.关系仿函数
- 1.equal_to 是否相等
- 2.not_equal_to 是否不相等
- 3.greater 大于
- 4.less 小于
- 5.greater_equal 大于等于
- 6.less_equal 小于等于
3.逻辑仿函数
- 1.logical_and 二元，求&
- 2.logical_or 二元，求|
- 3.logical_not 一元，求！