C++中的栈和队列

简介: C++中的栈和队列

1 适配器

1.1 适配器的介绍

在C语言中,如果我们要实现栈和队列,就需要我们自己去手搓代码,并且实现底层利用的是顺序表还是链表也是有所不同的!在C++中还这样做,那你就慢了!在C++中我们学习了一些STL库中的容器,那么我们可不可以利用STL库中已经实现好的容器(vector,list,deque)呢?利用我们所学的模版,答案是可以的,所以像栈和队列这样的,并不需要自己去实现具体的函数,而是通过调用其他容器的函数而实现的,我们就称为适配器!事实上,适配器就是一种设计模式,它就是将一个类的接口转化成客户希望的另一个接口!


1.2 代码实现

我们首先来看看C++中对于栈的实现

#include <list>
namespace demo {
  template<class T,class Container = list<T>>
  class stack
  {
  public:
    void push(const T& x)
    {
      _con.push_back(x);
    }

    void pop()
    {
      _con.pop_back();
    }

    T& top()
    {
      return _con.top();
    }

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

    bool empty()
    {
      return _con.empty();
    }
  private:
    Container _con;
  };
}

可以发现,我们只是调用list已经实现好的函数,就可以实现一个栈了!我们甚至可以将上面的容器换成vector,接下来我们在看一下C++库中是默认什么容器来实现的:


d5f6e909ea88d70d12c1486e645ed5c3_1476f1db7a52424c928c7532b0425f3e.png

从图中我们可以发现:

1️⃣库里面是利用deque这个容器来实现栈的(队列其实也是)

2️⃣凡是一个容器,只要实现了以上5个红框中的函数,就可以实现栈!


1.3 总结

栈和队列的实现都是套用了其他容器中的函数而完成的,这里只是简单的介绍了栈,队列其实也是同理的!

2 仿函数

在了解完什么事适配器之后,我们在来实现一下priority_queue

namespace demo{
  template<class T,class Container = deque<T>>
  class priority_queue
  {
  public:

    void adjust_up(size_t child)
    {
      //大根堆为例
      size_t parent = (child - 1) / 2;
      while (child > 0)
      {
        if (_con[child]>_con[parent])
        {
          swap(_con[parent], _con[child]);
          child = parent;
          parent = (child - 1) / 2;
        }
        else {
          break;
        }
      }
    }

    void adjust_down(size_t parent)
    {
      size_t child = 2 * parent + 1;
      while (child<_con.size())
      {
        if (child + 1 < _con.size() && _con[child + 1] > _con[child])
        {
          child++;
        }
        if(_con[child]> _con[parent])
        {
          swap(_con[child], _con[parent]);
          parent = child;
          child = 2 * parent + 1;
        }
        else {
          break;
        }
      }
    }
    bool empty()
    {
      return _con.empty();
    }
    void push(const T& x)
    {
      _con.push_back(x);
      //堆向上调整
      adjust_up(_con.size()-1);
    }

    size_t size()
    {
      return _con.size();
    }
    
    void pop()
    {
      swap(_con[0], _con[_con.size()-1]);
      _con.pop_back();
      //堆进行向下调整
      adjust_down(0);
    }

    T& top()
    {
      return _con.front();
    }

  private:
    Container _con;
  };
}

我们可以发现,这里只是实现了大根堆,那么我们如果要实现小根堆呢?我们还要亲自动手在改调整堆中的大于小于的符号吗?就不可以指定一个规则让它自己去比较大小呢,从而实现大根堆与小根堆之间的切换。库里面就是利用仿函数来实现的!在上面的代码中做出如下修改,并且多加入一个模版参数

我们可以发现。只需要改变第三个模版参数,使用less< T >就是小根堆,使用greater< T >就是大根堆,就可以改变你要建立的是大根堆还是小根堆!那么明白了以上的场景,那么什么又是仿函数呢?

1️⃣仿函数不是一个函数,是一个类,在类中重载实现了运算符()

2️⃣我们是将该类的对象作为参数,传入到priority_queue中,从而调用()函数

3 deque的原理(了解)

deque的底层就如上图所示:数据会存储在大小一样的数据块上,有一个map数组,记录每段数据块的首地址,有两个迭代器,迭代器中四个指针的作用分为别:


cur:指向当前正在遍历的元素;

first:指向当前连续空间的首地址;

last:指向当前连续空间的末尾地址;

node:它是一个二级指针,用于指向 map 数组中存储的指向当前连续空间的指针。


正是由于deque有这样的结构,所以对于两端的插入与删除的效率就显得非常的高效,所以库底层会选择用deque来作为栈和队列的作为默认容器来配置!但是对于删除数据,以及遍历数据还是不如list与vector,所以deque还是不可以取代我们之前学过的这两个容器!

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