【C++】STL——stack和queue的模拟实现、空间适配器、deque的介绍、增删查改函数的简单实现

1.deque的简单介绍

deque的介绍文档

  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

 

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。

 

2.模拟实现stack

  这个stack类模板是一个栈的实现，使用了一个名为Container的模板参数来指定底层容器的类型，默认为deque。也就是说，如果不指定底层容器类型，那么stack类将使用deque作为底层容器。

  push：将元素x插入到栈顶，实际上是调用底层容器的push_back函数。

  pop：弹出栈顶元素，实际上是调用底层容器的pop_back函数。

  top：返回栈顶元素的引用，实际上是返回底层容器的最后一个元素的引用。

  size：返回栈中元素的个数，实际上是返回底层容器的size函数的返回值。

  empty：判断栈是否为空，实际上是调用底层容器的empty函数。

  这个stack类模板的目的是提供一个封装了底层容器的栈的实现，使得我们可以方便地使用栈的各种操作。底层容器的选择可以根据我们具体的需求进行自定义或者使用默认的deque容器。

#pragma once
#include
#include
#include

namespace st
{
	//空间配置器
	template<class T, class Container = deque<T>>
	class stack
	{
	public:
		void push(const T& x)
		{
			_con.push_back(x);
		}

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

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

		size_t size()
		{
			return _con.size();
		}

		bool empty()
		{
			return _con.empty();
		}

	private:
		Container _con;
	};
}

 

3.模拟实现queue

  这个queue类模板是一个队列的实现，使用了一个名为Container的模板参数来指定底层容器的类型，默认为deque。也就是说，如果不指定底层容器类型，那么queue类将使用deque作为底层容器。

  push：将元素x插入到队列的末尾，实际上是调用底层容器的push_back函数。

  pop：弹出队列的第一个元素，实际上是调用底层容器的pop_front函数。

  front：返回队列的第一个元素的引用，实际上是返回底层容器的第一个元素的引用。

  back：返回队列的最后一个元素的引用，实际上是返回底层容器的最后一个元素的引用。

  size：返回队列中元素的个数，实际上是返回底层容器的size函数的返回值。

  empty：判断队列是否为空，实际上是调用底层容器的empty函数。

  这个queue类模板的目的是提供一个封装了底层容器的队列的实现，使得用户可以方便地使用队列的各种操作。底层容器的选择可以根据具体的需求进行自定义或者使用默认的deque容器。

#pragma once
#include
#include
#include

namespace que
{
	//空间配置器
	template<class T, class Container = deque<T>>
	class queue
	{
	public:
		void push(const T& x)
		{
			_con.push_back(x);
		}

		void pop()
		{
			_con.pop_front();
			//_con.erase(_con.begin());
		}

		T& front()
		{
			return _con.front();
		}

		T& back()
		{
			return _con.back();
		}

		size_t size()
		{
			return _con.size();
		}

		bool empty()
		{
			return _con.empty();
		}

	private:
		Container _con;
	};
}

 

测试代码

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1

#include
#include
#include
using namespace std;

#include"stack.h"
#include"queue.h"

void test_stack()
{
	//st::stack> st1;
	st::stack<int> st1;
	st1.push(1);
	st1.push(2);
	st1.push(3);
	st1.push(4);

	while (!st1.empty())
	{
		cout << st1.top() << " ";
		st1.pop();
	}
	cout << endl;

	st::stack<int, std::list<int>> st2;
	st2.push(1);
	st2.push(2);
	st2.push(3);
	st2.push(4);

	while (!st2.empty())
	{
		cout << st2.top() << " ";
		st2.pop();
	}
	cout << endl;
}

void test_queue()
{
	//que::queue> q;
	que::queue<int> q1;
	q1.push(1);
	q1.push(2);
	q1.push(3);
	q1.push(4);

	while (!q1.empty())
	{
		cout << q1.front() << " ";
		q1.pop();
	}
	cout << endl;

	que::queue<int, list<int>> q2;
	q2.push(1);
	q2.push(2);
	q2.push(3);
	q2.push(4);

	while (!q2.empty())
	{
		cout << q2.front() << " ";
		q2.pop();
	}
	cout << endl;
}

int main()
{
	test_stack();
	test_queue();
	return 0;
}