C++的stack和queue+优先队列
文章目录
- 什么是容器适配器
- 底层逻辑
- 为什么选择deque作为stack和queue的底层默认容器
- 优先队列
- 优先队列的模拟实现
- stack和queue的模拟实现
什么是容器适配器
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。
底层逻辑
stack和queue都是容器适配器,底层都是通过去适配双端队列deque去实现的,STL中没有把stack和queue划分在容器中,而是放在容器适配器,stack和queue默认使用deque.
那可不可以用vector去适配呢?
这也是可以的,只要是他们的所有接口,在这个容器中包含就可以进行适配,那么为什么底层默认会选择使用deque去进行适配呢?
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。
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：
- 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。
- 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。
优先队列
优先队列本质上就是topk问题,那么优先队列是怎么实现的呢？
优先队列的底层物理结构是数组,其中模板参数Compare是控制优先队列是大堆还是小堆,
优先队列默认是大堆–缺省参数就是less,如果要给大堆就是greater
这两个模板参数的底层实现:
//仿函数/函数对象
//重载了括号,让类可以向函数一样被调用
template<class T>
class Less
{
public:
bool operator()(const T& x, const T& y)
{
return x < y;
}
};
template<class T>
class Greater
{
public:
bool operator()(const T& x, const T& y)
{
return x > y;
}
};
优先队列的模拟实现
//优先队列,其实就是topk问题,底层结构就是堆,所以我们用数组---vector来存取数据
template<class T, class Container = vector<T>, class Compare = less<T>>//默认是大堆,less对应的就是大堆
//greater对应的是小堆 通过传Compare来控制大堆还是小堆,默认不传是大堆
//仿函数控制实现大小堆
class priority_queue
{
private:
void AdjustDown(size_t parent)
{
Compare com;
size_t chidren = parent * 2 + 1;
while (chidren < _con.size())
{
if (chidren + 1 < _con.size() && com( _con[chidren], _con[chidren + 1]))
{
chidren += 1;
}
//if (_con[parent] < _con[chidren])
if (com(_con[parent], _con[chidren]))
{
swap(_con[parent], _con[chidren]);
parent = chidren;
chidren = parent * 2 + 1;
}
else
{
break;
}
}
}
void AdjustUp(int chidren)
{
Compare com;
int parent = (chidren - 1) / 2;
while (parent >= 0)
{
if (com(_con[parent], _con[chidren]))
{
swap(_con[chidren], _con[parent]);
chidren = parent;
parent = (chidren - 1) / 2;
}
else
{
break;
}
}
}
public:
priority_queue()
{
}
template<class InputInterator>
priority_queue(InputInterator first, InputInterator last)
{
//插入数据
while (first != last)
{
_con.push_back(*first);
++first;
}
//建堆
//从最后一个非叶子节点开始建堆-----关键
for (int i = (_con.size()-1-1) / 2; i >= 0; i--)
{
AdjustDown(i);
}
}
void pop()//删除的是第一个元素
{
swap(_con[0], _con[_con.size() - 1]);
_con.pop_back();
AdjustDown(0);
}
void push(const T& x)
{
//_con[_con.size()] = x;
_con.push_back(x);
AdjustUp(_con.size() - 1);
}
T& top()
{
return _con[0];
}
bool empty()
{
return _con.empty();
}
size_t size()
{
return _con.size();
}
private:
Container _con;
};
stack和queue的模拟实现
#pragma once
//适配器模拟实现
namespace sw
{
//数组栈与链式栈之间秒切换---------适配器
template<class T, class Container = deque<T>>//模板参数不仅可以是int,double等内置类型也可以是容器,同时也可以给缺省值
class stack
{
public:
void push(const T& x)
{
_con.push_back(x);
}
void pop()
{
_con.pop_back();
}
T& top()
{
return _con.back();//取最后一个元素,
}
size_t size()
{
return _con.size();
}
bool empty()
{
return _con.empty();
}
private:
Container _con;
};
void test_stack()
{
cout << "stack" << endl;
stack<int, vector<int>> st1;
st1.push(1);
st1.push(2);
st1.push(3);
st1.push(4);
while (!st1.empty())
{
cout << st1.top() << " ";
st1.pop();
}
cout << endl;
stack<int, 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;
stack<int> st3;
st3.push(1);
st3.push(2);
st3.push(3);
st3.push(4);
while (!st3.empty())
{
cout << st3.top() << " ";
st3.pop();
}
cout << endl;
}
}
#pragma once
namespace sw
{
//适配器
template<class T, class Container = deque<T>>//模板参数不仅可以是int,double等内置类型也可以是容器,同时也可以给缺省值
class queue
{
public:
void push(const T& x)
{
_con.push_back(x);
}
void pop()
{
_con.pop_front();
}
T& front()
{
return _con.front();
}
T& back()
{
return _con.back();
}
size_t size()
{
return _con.size();
}
bool empty()
{
return _con.empty();
}
private:
Container _con;
};
void test_queue()
{
cout << "queue" << endl;
queue<int, deque<int>> q1;
q1.push(1);
q1.push(2);
q1.push(3);
q1.push(4);
while (!q1.empty())
{
cout << q1.front() << " ";
q1.pop();
}
cout << endl;
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;
}
}