【手撕STL】stack&queue

stack的介绍和使用

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)被压入和弹出。
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。

注：stack和queue是适配器（配接器），是转换实现的，不是在直接实现的，是封装其他容器包装转换实现出来的

stack的使用

void test_stack()
{
	stack<int> st;
	st.push(1);
	st.push(2);
	st.push(3);
	st.push(4);
	cout << st.size() << endl;
	while (!st.empty())
	{
		cout << st.top() << " ";
		st.pop();
	}
	cout << endl;
	cout << st.size() << endl;
}

stack的模拟实现

#pragma once
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include
#include
#include
#include
using namespace std;

namespace lc
{
	template<class T,class Container=deque<T>>
	//stack是一个container适配（封装转换）出来的
	class stack
	{
	public:
		void push(const T& x)
		{
			_con.push_back(x);
		}
		void pop()
		{
			_con.pop_back();
		}
		const T& top()
		{
			return _con.back();
		}
		size_t size()
		{
			return _con.size();
		}
		bool empty()
		{
			return _con.empty();
		}
	private:
		Container _con;
	};
	
}

queue的介绍和使用

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。

queue的使用

void test_queue()
{
	queue<int> q;
	q.push(1);
	q.push(2);
	q.push(3);
	q.push(4);
	cout << q.size() << endl;
	while (!q.empty())
	{
		cout << q.front() << " ";
		q.pop();
	}
	cout << endl;
	cout << q.size() << endl;
}

queue的模拟实现

#pragma once
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include
#include
#include
#include
using namespace std;

namespace lc
{
	template<class T, class Container = deque<T>>
	//queue是一个container适配（封装转换）出来的
	class queue
	{
	public:
		void push(const T& x)
		{
			_con.push_back(x);
		}
		void pop()
		{
			_con.pop_front();
		}
		const T& front()
		{
			return _con.front();
		}
		const T& back()
		{
			return _con.back();
		}
		size_t size()
		{
			return _con.size();
		}
		bool empty()
		{
			return _con.empty();
		}
	private:
		Container _con;
	};
	
}

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。

注：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

补充：
vector（连续物理空间）：
优点：

• 随机访问
• CPU高速缓存命中率高

缺点：

• 空间不够，需要增容，增容代价大，还存在一定空间浪费
• 头部和中间插入删除，效率低O(N)

list：
优点：

• 按需申请空间释放空间
• 任意位置插入删除数据都是O(1)效率高

缺点：

• 不支持随机访问
• CPU高速缓存命中率低

deque的优缺点：

• 双端队列，说明很适合头插头删，尾插尾删，去做stack和queue的默认适配容器很适合
• 双端队列中间插入删除数据，很麻烦效率低（1.挪动整体数据、2.挪动当前buff数据–记录每个buff数组的大小，每个buff数组大小不一致）
• deque是一种折中方案设计，不够极致，随机访问效率不及vector，任意位置插入删除不及list
• 一堆数据要排序用vector、任意位置插入删除用list、头尾插入删除多用deque

注：结合list和vector的优缺点，可以改进设计出 中控数组（指针数组）、定长buff数组相结合的数据结构deque