一、容器适配器
STL并没有将stack和queue划分为容器,而是将其称为容器适配器,原因是stack和queue只是对其他容器的接口进行了封装。
这也让stack和queue模拟实现起来异常简单,所以两个合在一起讲解介绍。
二、stack
细节:
- stack具有LIFO(后进先出)性质
- 默认容器使用vector,使用尾插尾删效率高(STL库中使用deque)
template<class T, class Container = vector<T>> class stack { public: private: Container _con; };
2.1 push
压栈
void push(const T& x) { _con.push_back(x); }
2.2 pop
出栈
void pop() { _con.pop_back(); }
2.3 top
获取栈顶元素
const T& top() const { return _con.back(); }
2.4 size
获取栈的有效元素个数
size_t size() const { return _con.size(); }
2.5 empty
判断栈是否为空
bool empty() const { return _con.empty(); }
三、queue
细节:
- queue具有FIFO(先进先出)性质
- 默认容器使用list,使用尾插头删效率高(STL库中使用deque)
template<class T, class Container = list<T>> class queue { public: private: Container _con; };
3.1 push
入队
void push(const T& x) { _con.push_back(x); }
3.2 pop
出队
void pop() { _con.pop_front(); }
3.3 front
获取队头元素
const T& front() const { return _con.front(); }
3.4 back
获取队尾元素
const T& back() const { return _con.back(); }
3.5 size
获取队列的有效元素个数
size_t size() const { return _con.size(); }
3.6 empty
判断队列是否为空
bool empty() const { return _con.empty(); }
四、deque
4.1 deque的介绍
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。
4.2 deque的底层结构
其实,deque并不是一整块连续空间,而是一段一段连续的小空间结合在一起。deque有一个中控数组,存放一段段小空间的指针,类似动态开辟的二维数组。
一开始在中间开辟空间,随后根据需求向两边进行扩容。
所以,针对分段连续的空间结构,为了支持随机访问,设计出了比较复杂的迭代器。
这样的空间结构,也导致遍历的效率变得十分低下,因为deque的迭代器需要频繁判断是否抵达分段空间的边界
4.3 deque的优势与缺陷
优势:
- 支持随机访问
- 头尾的插入删除,时间复杂度为O(1)
缺陷:
- 中间插入删除比较麻烦
- 不适合遍历
总体来说,deque结合了vector和list的优势,却又没有vector和list的性能那么极致,在大部分场景下都不太常用,所以这里只是简单介绍,并不模拟实现底层结构。
4.4 为什么选择deque作为stack和queue的底层默认容器
原因有两点:
- 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。
总结
这次学习了容器适配器——stack和queue,了解到用容器作为模板的美妙与神奇,极大简化构建容器的代码量。同时简单了解deque的结构和使用场景,进一步理解STL容器的设计。
真诚点赞,手有余香