C++学习笔记(十九)——stack和queue的模拟实现

容器适配器

deque的简单介绍

stack的模拟实现

queue的模拟实现

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容器适配器

适配器:一种设计模式,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.

stack和queue的底层结构

可以看出的是,这两个容器 相比我们之间见过的容器多了一个模板参数,也就是容器类的模板参数,他们在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,它们的底层是其他容器,对其他容器的接口进行了包装,它们默认的是使用deque

deque的简单介绍

 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底层结构

它并不是一段连续的空间,而是由多个连续的小空间拼接而成,相当于一个动态的二维数组.

如下图:

 deque的迭代器

 迭代器原理:迭代器用cur成员进行访问,每当走到last的位置,node的位置就往前挪动一个位置,然后cur继续从first我位置遍历到last的位置,一直如此,cur走到最后一个node的last的位置就停止遍历.

deque的优点

1.相比于vector,deque可以进行头插和头删,且时间复杂度O(1),扩容是也不需要大量挪动数据,因此效率是比vector高的.

2.相比于list,deque底层是连续的空间,空间利用率高,也支持随机访问,但没有vector那么高.

3.总的来说,deque是一种同时具有vector和list两个容器的优点的容器,有一种替代二者的作用,但不是完全替代.

deque的缺点

1.不适合遍历,因为在遍历是,deque的迭代器要频繁地去检测是否运动到其某段小空间的边界,所以导致效率低下.

2.deque的随机访问的效率是比vector低很多的，实际中，线性结构大多数先考虑vector和list.

下面是通过排序来测试vector和deque随机访问的效率

void TestDeque()
{
	srand((unsigned int)time(nullptr));
	deque d;
	vector v;

	for (size_t i = 0; i < 100000; ++i)
	{
		int randNum = rand();
		v.push_back(randNum);
		d.push_back(randNum);
	}

	int begin1 = clock();
	sort(v.begin(), v.end());
	int end1 = clock();

	int begin2 = clock();
	sort(d.begin(), d.end());
	int end2 = clock();

	cout << "vector排序用时：" << end1 - begin1 << "ms" << endl;
	cout << "deque排序用时：" << end2 - begin2 << "ms" << endl;

}

代码运行结果如下：

 容易看出，deque的随机访问的效率是比vector低很多的。

deque可以作为stack和queue底层默认容器的原因：

• stack和queue并不需要随机访问，也就是说没有触及到deque的缺点，只是对头和尾进行操作。
• 在stack增容时，deque的效率比vector高，queue增容时，deque效率不仅高，而且内存使用率也高。

stack的模拟实现

知道了容器适配器后，stack的模拟实现就显得相当简单，我们只需要调用所指定容器的各个成员函数即可实现stack的各个函数接口。

成员函数	函数作用	实现方法
push	元素入栈	调用所指定容器的push_back
pop	元素出栈	调用所指定容器的pop_back
top	获取栈顶元素	调用所指定容器的back
size	获取栈中有效元素个数	调用所指定容器的size
empty	判断栈是否为空	调用所指定容器的empty
swap	交换两个栈中的数据	调用所指定容器的swap

namespace cl //防止命名冲突
{
	template>
	class stack
	{
	public:
		//元素入栈
		void push(const T& x)
		{
			_con.push_back(x);
		}
		//元素出栈
		void pop()
		{
			_con.pop_back();
		}
		//获取栈顶元素
		T& top()
		{
			return _con.back();
		}
		const T& top() const
		{
			return _con.back();
		}
		//获取栈中有效元素个数
		size_t size() const
		{
			return _con.size();
		}
		//判断栈是否为空
		bool empty() const
		{
			return _con.empty();
		}
		//交换两个栈中的数据
		void swap(stack& st)
		{
			_con.swap(st._con);
		}
	private:
		Container _con;
	};
}

queue的模拟实现

同样的方式，我们也是通过调用所指定容器的各个成员函数来实现queue的。

成员函数	函数作用	实现方法
push	队尾入队列	调用所指定容器的push_back
pop	队头出队列	调用所指定容器的pop_front
front	获取队头元素	调用所指定容器的front
back	获取队尾元素	调用所指定容器的back
size	获取队列中有效元素个数	调用所指定容器的size
empty	判断队列是否为空	调用所指定容器的empty
swap	交换两个队列中的数据	调用所指定容器的swap

namespace cl //防止命名冲突
{
	template>
	class queue
	{
	public:
		//队尾入队列
		void push(const T& x)
		{
			_con.push_back(x);
		}
		//队头出队列
		void pop()
		{
			_con.pop_front();
		}
		//获取队头元素
		T& front()
		{
			return _con.front();
		}
		const T& front() const
		{
			return _con.front();
		}
		//获取队尾元素
		T& back()
		{
			return _con.back();
		}
		const T& back() const
		{
			return _con.back();
		}
		//获取队列中有效元素个数
		size_t size() const
		{
			return _con.size();
		}
		//判断队列是否为空
		bool empty() const
		{
			return _con.empty();
		}
		//交换两个队列中的数据
		void swap(queue& q)
		{
			_con.swap(q._con);
		}
	private:
		Container _con;
	};
}