C++STL----Stack&Queue的模拟实现

文章目录

    • 容器适配器
      • dequeue简介
      • deque的缺陷
      • 为什么选择deque作为stack和queue的底层默认容器
    • Stack的模拟实现
    • Queue的模拟实现

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。类似于手机的一些耳机转接口等。

C++STL----Stack&Queue的模拟实现_第1张图片

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

C++STL----Stack&Queue的模拟实现_第2张图片

dequeue简介

原理介绍

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。

C++STL----Stack&Queue的模拟实现_第3张图片

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:

C++STL----Stack&Queue的模拟实现_第4张图片

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:

C++STL----Stack&Queue的模拟实现_第5张图片

deque是如何借助其迭代器维护其假想连续的结构呢?

C++STL----Stack&Queue的模拟实现_第6张图片

deque的缺陷

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

deque的优势是: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。

deque的缺陷

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

  1. 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。

  2. 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的模拟实现

Stack的模拟实现可以复用顺序表来实现。

#include
#include
#include
#include

using namespace std;
namespace lhj_1
{
	template <class T,class Container=deque<T>>
	//用顺序表来实现栈
	class stack
	{
	public:
		void push(const T& x)
		{
			_con.push_back(x);
		}
		void pop()
		{
			_con.pop_back();
		}
		T& top()
		{
			return _con.back();
		}
		const T& top()const
		{
			return _con.back();
		}
		bool empty()const
		{
			return _con.empty();
		}

		size_t size()const
		{
			return _con.size();
		}

	private:
		//容器适配器的功能就和数据线的转接器一样
		// 可能转接器的底层实现不同,但实现出来的功能都是一样的
		// 容器适配器也是如此
		//vector _con;//此时stack还不是容器适配器
		Container _con;//此时stack就是一个容器适配器了
	};
}

Queue的模拟实现

Queue的模拟实现也可复用顺序表来实现

#include
#include
#include
#include

using namespace std;
namespace lhj_2
{
	template <class T, class Container=deque<T>>

	class queue
	{
	public:
		void push(const T& x)
		{
			_con.push_back(x);
		}
		void pop()
		{
			_con.pop_front();
		}
		T& back()
		{
			return _con.back();
		}
		T& fornt()
		{
			return _con.front();
		}
		const T& back()const
		{
			return _con.back();
		}
		const T& fornt()const
		{
			return _con.front();
		}
		bool empty()const
		{
			return _con.empty();
		}

		size_t size()const
		{
			return _con.size();
		}

	private:
		Container _con;
	};
}

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