【C++】STL详解（七）—— stack和queue的使用及模拟实现
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上一篇博客：【C++】STL详解（六）—— list的模拟实现
文章目录
- 容器适配器
-
- 什么是适配器
- 为什么选择deque作为stack和queue的底层默认容器
- stack
-
- stack的定义方式
- stack的使用
- queue
-
- queue的定义方式
- queue的使用
- stack的模拟实现
- queue的模拟实现
- 总结：
容器适配器
什么是适配器
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。
stack和queue有一点需要注意的是，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queue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容器。
在stack和queue的类模板声明当中我们就可以看到，它们的模板参数有两个，第一个是stack和queue当中所存储的元素类型，而另一个就是指定使用的容器类型。只不过当我们不指定使用何种容器的情况下，stack和queue都默认使用deque作为指定容器。
学过数据结构后知道，stack和queue既可以使用顺序表实现，也可以使用链表实现。在这里我们若是定义一个stack，并指定使用vector容器，则定义出来的stack实际上就是对vector容器进行了包装
deque特点：
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。
stack
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，其只能从容器的一端进行元素的插入与提取操作。
stack的定义方式
方式一： 使用默认的适配器定义栈。
stack<int> st1;
方式二： 使用特定的适配器定义栈。
stack<int, vector<int>> st2;
stack<int, list<int>> st3;
注意： 如果没有为stack指定特定的底层容器，默认情况下使用deque。
stack的使用
stack当中常用的成员函数如下：
成员函数 功能
empty 判断栈是否为空
size 获取栈中有效元素个数
top 获取栈顶元素
push 元素入栈
pop 元素出栈
swap 交换两个栈中的数据
示例：
#include queue
队列是一种容器适配器，专门用在具有先进先出操作的上下文环境中，其只能从容器的一端插入元素，另一端提取元素。
queue的定义方式
方式一： 使用默认的适配器定义队列。
queue<int> q1;
方式二： 使用特定的适配器定义队列。
queue<int, vector<int>> q2;
queue<int, list<int>> q3;
注意： 如果没有为queue指定特定的底层容器，默认情况下使用deque。
queue的使用
queue当中常用的成员函数如下：
成员函数 功能
empty 判断队列是否为空
size 获取队列中有效元素个数
front 获取队头元素
back 获取队尾元素
push 队尾入队列
pop 队头出队列
swap 交换两个队列中的数据
示例：
#include
#include 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 |
实现代码如下：
namespace sherry //防止命名冲突
{
template<class T, class Container = std::deque<T>>
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<T, Container>& 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 | 交换两个队列中的数据 | 调用所指定容器的swap |
实现代码如下：
namespace sherry //防止命名冲突
{
template<class T, class Container = std::deque<T>>
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<T, Container>& q)
{
_con.swap(q._con);
}
private:
Container _con;
};
}
总结：
今天我们比较详细地完成了stack和queue的使用及模拟实现，了解了一些有关的底层原理。接下来，我们将进行STL中priority_queue的学习。希望我的文章和讲解能对大家的学习提供一些帮助。
当然，本文仍有许多不足之处，欢迎各位小伙伴们随时私信交流、批评指正！我们下期见~
