文章目录
1. stack容器
1.1 stack 基本概念
概念：stack是一种先进后出(First In Last Out,FILO)的数据结构，它只有一个出口
栈中只有顶端的元素才可以被外界使用，因此栈不允许有遍历行为
栈中进入数据称为 — 入栈 push
栈中弹出数据称为 — 出栈 pop
1.2 stack 常用接口
功能描述：栈容器常用的对外接口
构造函数：
stack<T> stk;//stack采用模板类实现， stack对象的默认构造形式stack(const stack &stk);//拷贝构造函数
赋值操作：
stack& operator=(const stack &stk);//重载等号操作符
数据存取：
push(elem);//向栈顶添加元素pop();//从栈顶移除第一个元素top();//返回栈顶元素
大小操作：
empty();//判断堆栈是否为空size();//返回栈的大小
示例：
#include <stack>
int main()
{
//创建栈容器 栈容器必须符合先进后出
stack<int> s;
//向栈中添加元素，叫做 压栈 入栈
s.push(10);
s.push(20);
s.push(30);
while (!s.empty()) {
//输出栈顶元素
cout << "栈顶元素为： " << s.top() << endl;
//弹出栈顶元素
s.pop();
}
cout << "栈的大小为：" << s.size() << endl;
return 0;
}
总结：
- 入栈 — push
- 出栈 — pop
- 返回栈顶 — top
- 判断栈是否为空 — empty
- 返回栈大小 — size
2. queue 容器
2.1 queue 基本概念
概念：Queue是一种先进先出(First In First Out,FIFO)的数据结构，它有两个出口
队列容器允许从一端新增元素，从另一端移除元素
队列中只有队头和队尾才可以被外界使用，因此队列不允许有遍历行为
队列中进数据称为 — 入队 push
队列中出数据称为 — 出队 pop
2.2 queue 常用接口
功能描述：栈容器常用的对外接口
构造函数：
queue<T> que;//queue采用模板类实现，queue对象的默认构造形式queue(const queue &que);//拷贝构造函数
赋值操作：
queue& operator=(const queue &que);//重载等号操作符
数据存取：
push(elem);//往队尾添加元素pop();//从队头移除第一个元素back();//返回最后一个元素front();//返回第一个元素
大小操作：
empty();//判断堆栈是否为空size();//返回栈的大小
示例：
#include <queue>
int main()
{
//创建队列容器 队列容器必须符合先进先出
queue<int> q;
//向队列中添加元素，叫做 入队列
q.push(10);
q.push(20);
q.push(30);
while (!q.empty()) {
//输出队头元素
cout << "队头元素为： " << q.front() << endl;
//弹出队头元素
q.pop();
}
cout << "队列的大小为：" << q.size() << endl;
return 0;
}
总结：
- 入队 — push
- 出队 — pop
- 返回队头元素 — front
- 返回队尾元素 — back
- 判断队是否为空 — empty
- 返回队列大小 — size
3. priority_queue的介绍和使用
-
优先队列是一种容器适配器，根据严格的弱排序标准，它的第一个元素总是它所包含的元素中最大的。
-
此上下文类似于堆，在堆中可以随时插入元素，并且只能检索最大堆元素(优先队列中位于顶部的元
素)。 -
优先队列被实现为容器适配器，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。元素从特定容器的“尾部”弹出，其称为优先队列的顶部。 -
底层容器可以是任何标准容器类模板，也可以是其他特定设计的容器类。容器应该可以通过随机访问迭
代器访问，并支持以下操作：
empty()：检测容器是否为空
size()：返回容器中有效元素个数
front()：返回容器中第一个元素的引用
push_back()：在容器尾部插入元素pop_back()：删除容器尾部元素
-
标准容器类vector和deque满足这些需求。默认情况下，如果没有为特定的priority_queue类实例化指
定容器类，则使用vector。 -
需要支持随机访问迭代器，以便始终在内部保持堆结构。容器适配器通过在需要时自动调用算法函数
make_heap、push_heap和pop_heap来自动完成此操作。
3.1 priority_queue的使用
优先级队列默认使用vector作为其底层存储数据的容器，在vector上又使用了堆算法将vector中元素构造成
堆的结构，因此priority_queue就是堆，所有需要用到堆的位置，都可以考虑使用priority_queue。注意：
默认情况下priority_queue是大堆
| 函数声明 | 接口说明 |
|---|---|
| priority_queue()/priority_queue(first, last) | 构造一个空的优先级队列 |
| empty( ) | 检测优先级队列是否为空，是返回true，否则返回 false |
| top( ) | 返回优先级队列中最大(最小元素)，即堆顶元素 |
| push(x) | 在优先级队列中插入元素x |
| pop() | 删除优先级队列中最大(最小)元素，即堆顶元素 |
【注意】：
- 默认情况下，priority_queue是大堆
示例:
#include <queue>
#include <functional> // greater算法的头文件
int main()
{
// 默认情况下，创建的是大堆，其底层按照小于号比较
priority_queue<int> q1;
q1.push(4);
q1.push(1);
q1.push(2);
q1.push(5);
q1.push(3);
while (!q1.empty())
{
cout << q1.top() << " ";
q1.pop();
}
cout << endl;
// 如果要创建小堆，将第三个模板参数换成greater比较方式
priority_queue<int, vector<int>, greater<int>> q2;
q2.push(4);
q2.push(1);
q2.push(2);
q2.push(5);
q2.push(3);
while (!q2.empty())
{
cout << q2.top() << " ";
q2.pop();
}
cout << endl;
return 0;
}
- 如果在priority_queue中放自定义类型的数据，用户需要在自定义类型中提供> 或者< 的重载。
示例:
class Date
{
public:
Date(int year = 1900, int month = 1, int day = 1)
: _year(year)
, _month(month)
, _day(day)
{
}
bool operator<(const Date& d)const
{
return (_year < d._year) ||
(_year == d._year && _month < d._month) ||
(_year == d._year && _month == d._month && _day < d._day);
}
bool operator>(const Date& d)const
{
return (_year > d._year) ||
(_year == d._year && _month > d._month) ||
(_year == d._year && _month == d._month && _day > d._day);
}
friend ostream& operator<<(ostream& _cout, const Date& d)
{
_cout << d._year << "-" << d._month << "-" << d._day;
return _cout;
}
private:
int _year;
int _month;
int _day;
};
int main()
{
// 大堆，需要用户在自定义类型中提供<的重载
//因为编译器并不知道用户自定义类型的比较方式是怎么样的
priority_queue<Date> q1;
q1.push(Date(2018, 10, 29));
q1.push(Date(2018, 10, 28));
q1.push(Date(2018, 10, 30));
cout << q1.top() << endl;
// 如果要创建小堆，需要用户提供>的重载
priority_queue<Date, vector<Date>, greater<Date>> q2;
q2.push(Date(2018, 10, 29));
q2.push(Date(2018, 10, 28));
q2.push(Date(2018, 10, 30));
cout << q2.top() << endl;
return 0;
}
3. 2 priority_queue的模拟实现
通过对priority_queue的底层结构就是堆，因此此处只需对对进行通用的封装即可
#pragma once
#include <vector>
namespace hdm
{
template<class T>
class less
{
public:
bool operator()(const T& x1, const T& x2)
{
return x1 < x2;
}
};
template<class T>
class greater
{
public:
bool operator()(const T& x1, const T& x2)
{
return x1 > x2;
}
};
template <class T, class Container=vector<T>,class Compare=less<T>>
class priority_queue
{
public:
// 无参构造---创造空的优先级队列
priority_queue()
{
}
//迭代器构造
template<class InputIterator>
priority_queue(InputIterator first, InputIterator last)
:_con(first,last)
{
//调整成堆
int size = _con.size();
int root = (size - 2) >> 1;
for (root, root >= 0, --root)
{
AdjustDown(root);
}
}
void push(const T& val)
{
_con.push_back(val);
AdjustUp(size() - 1);
}
void pop()
{
if (empty())
return;
std::swap(_con.front(), _con.back());
_con.pop_back();
AdjustDown(0);
}
size_t size()const
{
return _con.size();
}
bool empty()const
{
return _con.empty();
}
// 堆顶元素不允许修改，因为：堆顶元素修改可以会破坏堆的特性
const T& top()
{
return _con.front();
}
private:
//向上调整算法
void AdjustUp(int child)
{
Compare _com;
int parent = (child - 1) / 2;
while (child>0)
{
//if (_con[parent] < _con[child])
if (_com(_con[parent],_con[child]))
{
swap(_con[parent], _con[child]);
child = parent;
parent = (child - 1) / 2;
}
else
{
break;
}
}
}
//向下调整算法
void AdjustDown(int parent)
{
Compare _com;
int child = parent * 2 + 1;
while (child<size())
{
//默认大堆
//if (child+1 < size() && _con[child] < _con[child + 1])
if (child + 1 < size() && _com(_con[child],_con[child+1]))
{
child++;
}
//if (_con[parent] < _con[child])
if (_com(_con[parent],_con[child]))
{
swap(_con[parent], _con[child]);
parent = child;
child = parent * 2 + 1;
}
else
{
break;
}
}
}
private:
Container _con;
};
}
4. 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。
4.1 STL标准库中stack和queue的底层结构
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，比如：
5. deque容器
5.1 deque容器基本概念(了解 )
deque文档介绍及使用
功能：
- 双端数组，可以对头端进行插入删除操作
deque与vector区别：
- vector对于头部的插入删除效率低，数据量越大，效率越低
- deque相对而言，对头部的插入删除速度回比vector快
- vector访问元素时的速度会比deque快,这和两者内部实现有关
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：
deque内部工作原理:
deque内部有个中控器，维护每段缓冲区中的内容，缓冲区中存放真实数据
中控器维护的是每个缓冲区的地址，使得使用deque时像一片连续的内存空间
- deque容器的迭代器也是支持随机访问的
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，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。
但是，deque有一个致命缺陷：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
5.2 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。
结合了deque的优点，而完美的避开了其缺陷。
6. stack的模拟实现
#include <vector>
#include <list>
#include<deque>
namespace hdm
{
template <class T , class Containce = deque<T> >//list,vector也可以
class stack
{
public:
void push(const T& val)
{
_con.push_back(val);
}
void pop()
{
_con.pop_back();
}
const T& top()const
{
return _con.back();
}
size_t size()const
{
return _con.size();
}
bool empty()const
{
return _con.empty();
}
private:
Containce _con;
};
}
7. queue的模拟实现
#include <list>
#include<deque>
namespace hdm
{
template <class T, class Containce=deque<T> >//list也可以
class queue
{
public:
void push(const T& val)
{
_con.push_back(val);
}
void pop()
{
_con.pop_front();
}
const T& front()
{
return _con.front();
}
const T& back()
{
return _con.back();
}
size_t size()const
{
return _con.size();
}
bool empty() const
{
return _con.empty();
}
private:
Containce _con;
};
}