从零开始学C++之STL（十一）：容器适配器（stack、 queue 、priority_queue）源码浅析与使用示例
一、容器适配器
stack
queue
priority_queue
stack、queue、priority_queue 都不支持任一种迭代器，它们都是容器适配器类型，stack是用vector/deque/list对象创建了一个先进后出容器；queue是用deque或list对象创建了一个先进先出容器；priority_queue是用vector/deque创建了一个排序队列，内部用二叉堆实现。
（一）、stack
首先来看示例代码：
C++ Code
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#include<iostream>
#include<vector> #include<list> #include<stack> using namespacestd; intmain( void) { stack< int,list< int>>s; for( inti= 0;i< 5;i++) { s.push(i); } //for(size_ti=0;i<s.size();i++) //{ //cout<<s.top()<<'';Error:size()一直在变化 //s.pop(); //} while(!s.empty()) { cout<<s.top()<< ''; s.pop(); } cout<<endl; return 0; } |
再看stack 的源码：
C++ Code
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//TEMPLATECLASSstack template< class_Ty, class_Container=deque<_Ty>> classstack { //LIFOqueueimplementedwithacontainer public: typedef_Containercontainer_type; typedef typename_Container::value_typevalue_type; typedef typename_Container::size_typesize_type; typedef typename_Container::referencereference; typedef typename_Container::const_referenceconst_reference; stack() :c() { //constructwithemptycontainer } explicitstack( const_Container&_Cont) :c(_Cont) { //constructbycopyingspecifiedcontainer } boolempty() const { //testifstackisempty return(c.empty()); } size_typesize() const { //testlengthofstack return(c.size()); } referencetop() { //returnlastelementofmutablestack return(c.back()); } const_referencetop() const { //returnlastelementofnonmutablestack return(c.back()); } voidpush( constvalue_type&_Val) { //insertelementatend c.push_back(_Val); } voidpop() { //eraselastelement c.pop_back(); } const_Container&_Get_container() const { //getreferencetocontainer return(c); } protected: _Containerc; //theunderlyingcontainer }; |
即有一个_Container 成员，默认是deque<_Ty> ，当然也可以传递vector, list 进去，只要支持push_back，pop_back 等接口。内部的函数实现
都借助了容器的函数，跟以前实现过的Stack 很像。
（二）、queue
先来看示例代码：
C++ Code
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#include<iostream>
#include<vector> #include<list> #include<stack> #include<queue> using namespacestd; intmain( void) { //inta[]={1,2,3,4,5}; //vector<int>v(a,a+5); queue< int,list< int>>q; for( inti= 0;i< 5;i++) { q.push(i); } while(!q.empty()) { cout<<q.front()<< ''; q.pop(); } cout<<endl; return 0; } |
再来看queue 源码：
C++ Code
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//TEMPLATECLASSqueue template< class_Ty, class_Container=deque<_Ty>> classqueue { //FIFOqueueimplementedwithacontainer public: typedef_Containercontainer_type; typedef typename_Container::value_typevalue_type; typedef typename_Container::size_typesize_type; typedef typename_Container::referencereference; typedef typename_Container::const_referenceconst_reference; queue() :c() { //constructwithemptycontainer } explicitqueue( const_Container&_Cont) :c(_Cont) { //constructbycopyingspecifiedcontainer } boolempty() const { //testifqueueisempty return(c.empty()); } size_typesize() const { //returnlengthofqueue return(c.size()); } referencefront() { //returnfirstelementofmutablequeue return(c.front()); } const_referencefront() const { //returnfirstelementofnonmutablequeue return(c.front()); } referenceback() { //returnlastelementofmutablequeue return(c.back()); } const_referenceback() const { //returnlastelementofnonmutablequeue return(c.back()); } voidpush( constvalue_type&_Val) { //insertelementatbeginning c.push_back(_Val); } voidpop() { //eraseelementatend c.pop_front(); } const_Container&_Get_container() const { //getreferencetocontainer return(c); } protected: _Containerc; //theunderlyingcontainer }; |
实现跟stack 是很类似的，只是queue不能用vector 实现，因为没有pop_front 接口。
（三）、priority_queue
先来看示例代码：
C++ Code
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#include<iostream>
#include<functional> #include<vector> #include<list> #include<stack> #include<queue> using namespacestd; intmain( void) { inta[]={ 5, 1, 2, 4, 3}; priority_queue< int,vector< int>,greater< int>>q(a,a+ 5); while(!q.empty()) { cout<<q.top()<< ''; q.pop(); } cout<<endl; return 0; } |
再来看priority_queue 的源码：
C++ Code
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//TEMPLATECLASSpriority_queue template< class_Ty, class_Container=vector<_Ty>, class_Pr=less< typename_Container::value_type>> classpriority_queue { //priorityqueueimplementedwitha_Container public: typedef_Containercontainer_type; typedef typename_Container::value_typevalue_type; typedef typename_Container::size_typesize_type; typedef typename_Container::referencereference; typedef typename_Container::const_referenceconst_reference; priority_queue() :c(),comp() { //constructwithemptycontainer,defaultcomparator } explicitpriority_queue( const_Pr&_Pred) :c(),comp(_Pred) { //constructwithemptycontainer,specifiedcomparator } priority_queue( const_Pr&_Pred, const_Container&_Cont) :c(_Cont),comp(_Pred) { //constructbycopyingspecifiedcontainer,comparator make_heap(c.begin(),c.end(),comp); } template< class_Iter> priority_queue(_Iter_First,_Iter_Last) :c(_First,_Last),comp() { //constructbycopying[_First,_Last),defaultcomparator make_heap(c.begin(),c.end(),comp); } template< class_Iter> priority_queue(_Iter_First,_Iter_Last, const_Pr&_Pred) :c(_First,_Last),comp(_Pred) { //constructbycopying[_First,_Last),specifiedcomparator make_heap(c.begin(),c.end(),comp); } template< class_Iter> priority_queue(_Iter_First,_Iter_Last, const_Pr&_Pred, const_Container&_Cont) :c(_Cont),comp(_Pred) { //constructbycopying[_First,_Last),container,andcomparator c.insert(c.end(),_First,_Last); make_heap(c.begin(),c.end(),comp); } boolempty() const { //testifqueueisempty return(c.empty()); } size_typesize() const { //returnlengthofqueue return(c.size()); } const_referencetop() const { //returnhighest-priorityelement return(c.front()); } referencetop() { //returnmutablehighest-priorityelement(retained) return(c.front()); } voidpush( constvalue_type&_Pred) { //insertvalueinpriorityorder c.push_back(_Pred); push_heap(c.begin(),c.end(),comp); } voidpop() { //erasehighest-priorityelement pop_heap(c.begin(),c.end(),comp); c.pop_back(); } protected: _Containerc; //theunderlyingcontainer _Prcomp; //thecomparatorfunctor }; |
调用make_heap函数构造二叉堆，comp 主要是用于构造二叉堆时的判别，如果是less 则构造大堆，如果传递greater 则构造小堆.
注意，priority_queue 不能用list 实现，因为list 只支持双向迭代器，而不支持随机迭代器。
下面举个例子说明make_heap 函数的用法：
C++ Code
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#include<iostream>
#include<functional> #include<vector> #include<list> #include<stack> #include<queue> using namespacestd; intmain( void) { inta[]={ 5, 1, 2, 4, 3}; make_heap(a,a+ 5,less< int>()); copy(a,a+ 5,ostream_iterator< int>(cout, "")); cout<<endl; sort(a,a+ 5); //sort_heap(a,a+5,less<int>()); copy(a,a+ 5,ostream_iterator< int>(cout, "")); cout<<endl; return 0; } |
输出：
5 4 2 1 3
1 2 3 4 5
make_heap() 将容器的元素构造成二叉堆，传递的是less，即构造的是大堆，把大堆层序遍历的结果存入数组，再调用sort() 进行排序，内部调用
的实际算法不一定，可以是堆排序、插入排序、选择排序等等，跟踪进去发现调用的是插入排序；当然也可以直接指定使用堆排序 sort_heap（调用
者必须已经是堆了，也就是前面已经先调用了make_heap，而且大小堆类型得匹配），与make_heap 一样，第三个参数传递的都是函数对象的用
法。sort 和 sort_heap 默认都是从小到大排序，除非重载的版本传递了第三个参数，如下，第三个参数可以是函数指针，也可以是函数对象：
C++ Code
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//orderheapbyrepeatedlypopping,usingoperator< template< class_RanIt> inline voidsort_heap(_RanIt_First,_RanIt_Last); //orderheapbyrepeatedlypopping,using_Pred template< class_RanIt, class_Pr> inline voidsort_heap(_RanIt_First,_RanIt_Last,_Pr_Pred); |
传递greater 构造的是小堆，如下图所示：
参考：
C++ primer 第四版
Effective C++ 3rd
C++编程规范