STL——stack和queue

一、stack和queue

stl中提供了栈和队列配接器供我们使用，以后就可以直接使用了。不需要我们自己造轮子。

使用细节参考文档就可以，与之学过的容器并无二致。栈和队列的特性我们再学习数据结构时已经了解了。这里就不在赘述了。

stack - C++ Reference (cplusplus.com)

queue - C++ Reference (cplusplus.com)

这里有几个题可供我们练习一下：

力扣（LeetCode）官网 - 全球极客挚爱的技术成长平台

栈的压入、弹出序列_牛客题霸_牛客网

力扣（LeetCode）官网 - 全球极客挚爱的技术成长平台

在模拟实现stack和queue，我们先了解一下容器适配器；什么是适配器呢？

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。

stl标准库中stack和queue的底层结构就是使用了适配器模式；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（双端队列）下面介绍

stack的模拟实现

    template>
	class stack
	{
	public:
		void push(const T& x)
		{
			_con.push_back(x);
		}
		void pop()
		{
			_con.pop_back();
		}
		int size()
		{
			return _con.size();
		}
		T& top()
		{
			return _con.back();
		}
		bool empty()
		{
			return _con.empty();
		}
	private:
		Con _con;
	};

queue模拟实现

    //双端队列适合进行两端插入删除操作，不适合在中间插入。
	//相较于vector来说，扩容更好一点。
	//相较于list来说，支持随机访问
	template>//默认类型是双端队列
	class queue
	{
	public:
		void push(const T& x)
		{
			_con.push_back(x);
		}
		void pop()
		{
			//_con.erase(_con.begin());  //vector没有pop_front
			_con.pop_front();          
		}
		int size()
		{
			return _con.size();
		}
		T& front()
		{
			return _con.front();
		}
		T& back()
		{
			return _con.back();
		}
		bool empty()
		{
			return _con.empty();
		}
	private:
		Con _con;
	};

二、deque——双端队列

deque概念

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。

 需要注意的是：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：

deque的缺陷：

• 与vector相比，deque的优势是：头部插入和删除时，不需要搬移元素，效率高；而且在扩容时，也不需要搬移大量的元素，因此效率是比vector高。
• 与list相比，deque底层是连续空间，空间利用率高，不需要存储额外字段。
• deque的缺陷：不适合遍历，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两端操作。
• 在stack中元素增长时，deque比vector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。

三、priority_queue——优先级队列

priority_queue概念

priority_queue - C++ Reference (cplusplus.com)

priority_queue也是一个容器适配器，用vector实现的。

priority_queue底层采用的数据结构是堆（默认是大堆）。

 因为这里使用了仿函数，调用的是less这个类，所以是大堆。

练习： 力扣（LeetCode）官网 - 全球极客挚爱的技术成长平台

什么是仿函数

仿函数就是使用起来类似于使用一个函数，但是它实际上不是调用函数，而是通过类的对象调用类中重载的括号运算符成员函数，从而达到我们的目的。

仿函数可以作为模板参数使用，因为每个仿函数都拥有自己的类型。

仿函数比一般函数更灵活。

priority_queue模拟实现

    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
	{
	private:
		//向下调整建堆,建大堆
		void Adjust_down(int parent)
		{
			Compare com;
			int 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]))
				{
					swap(_con[parent], _con[child]);
					parent = child;
					child = parent * 2 + 1;
				}
				else
				{
					break;
				}
			}
		}

		void Adjust_up(int child)
		{
			Compare com;
			int parent = (child - 1) / 2;
			while (child > 0)
			{
				if (com(_con[parent], _con[child]))
				{
					swap(_con[parent], _con[child]);
					child = parent;
					parent = (child - 1) / 2;
				}
				else
				{
					break;
				}
			}
		}

	public:
		template
		priority_queue(InputIterator first, InputIterator last)
		{
			while (first != last)
			{
				_con.push_back(*first);
				++first;
			}
			for (int i = (_con.size() - 1 - 1) / 2; i >= 0; i--)
			{
				Adjust_down(i);
			}
		}
		priority_queue()
		{}

		void push(const T& x)
		{
			_con.push_back(x);
			Adjust_up(_con.size() - 1);

		}
		void pop()
		{
			swap(_con[0], _con[_con.size() - 1]);
			_con.pop_back();
			Adjust_down(0);
		}
		size_t size() const 
		{
			return _con.size();
		}
		bool empty() const
		{
			return _con.empty();
		}
		const T& top()
		{
			return _con[0];
		}
	private:
		Con _con;
	};