c++中的Stack与Queue

简介: c++中的Stack与Queue

一·queue与stack:
1.queue介绍:
①队列作为容器适配器实现,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。元素从队尾入队列,从队头出队列。

②只要是能满足对队列功能函数实现的容器,都可以作为它的底层容器。

底层容器具备条件:

empty:检测队列是否为空.

size:返回队列中有效元素的个数.

front:返回队头元素的引用.

back:返回队尾元素的引用.

push_back:在队列尾部入队列.

pop_front:在队列头部出队列.

③但是默认的是deque(一种双端队列,后续讲到)。

2.queue模拟实现:

pragma once

namespace sq {
template>

class queue

{

public:

    queue() {

    }

    void push(const T& x) {
        _c.push_back(x);
    }

    void pop() {
        _c.pop_front();
    }

    T& back() {
        return _c.back();
    }

    const T& back()const {
        return _c.back();

    }

    T& front() {
        return _c.front();

    }

    const T& front()const {
        return _c.front();

    }

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

    bool empty()const {
        return _c.empty();
    }

private:

    Con _c;

};

}

3stack介绍:
同上面queue也是容器适配器,本身不是容器,但是有底层容器,像list,vector这样的容器都可以做,但是默认是deque。

4stack模拟实现:

pragma once

namespace sq {
template>

class stack

{

public:

    stack() {

    }

    void push(const T& x) {
        _c.push_back(x);
    }

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

    T& top() {
        return _c.back();
    }

    const T& top()const {
        return _c.back();
    }

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

    bool empty()const {
        return _c.empty();
    }

private:

    Con _c;
};

}

二·priority_queue(优先队列):
1·介绍:
①容器适配器,它的第一个元素是最大的元素。

②理想结构类似于堆,只能访问它的top(访问队头,删队头时候与队尾互换,再删除)。

③底层容器用vector和list都可以,但是一般默认为vector。

④含有的接口函数:

priority_queue()与priority_queue(first, last) 构造一个空的优先级队列,也可以用迭代器区间初始化。

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。

2·仿函数:
即一种模版,它重载了operator();使得该模版类的对象可以像函数一样使用。如:

template
class Great {
public:
bool operator()(const T& a, const T& b) {
return a > b;
}
};

template
class Less {
public:
bool operator()(const T& a, const T& b) {
return a < b;
}
};
仿函数特性:

在同一时间里,由某个仿函数所代表的单一函数,可能有不同的状态。

仿函数即使定义相同,也可能有不同的类型。

仿函数通常比一般函数速度慢。

仿函数使程序代码变简单。

3·模拟实现:

pragma once

include

namespace pq

{
template
class Great {
public:
bool operator()(const T& a, const T& b) {
return a > b;
}
};

template<class T>
class Less {
public:
    bool operator()(const T& a, const T& b) {
        return a < b;
    }
};



template <class T, class Container = vector<T>, class Compare = pq::Less<T> >


//默认less大堆
class priority_queue

{

public:
    //保证原来堆都是有一定大小堆序的,故上调
    void upadjust(int  child) {
        int parent = (child-1)/2;
        while (child > 0) {
            if (com(c[parent],c[child])) {
                swap(c[child] ,c[parent]);
                child = parent;
                parent = (child - 1) / 2;

            }
            else {
                break;
            }
        }

    }
    void downadjust(int parent) {
        int child = 2 * parent + 1;
        while (child<c.size()) {
            if (child+1<c.size()&&com(c[child], c[child + 1])) {
                child++;
            }

            if (com(  c[parent],c[child])) {
                swap(c[child], c[parent]);
                parent=child;
                child = 2 * parent + 1;


            }
            else {
                break;
            }
        }


    }
    priority_queue() {

    }

    template <class InputIterator>

    priority_queue(InputIterator first, InputIterator last) {
        while (first != last) {
            c.push_back(*first);
            upadjust(c.size() - 1);
            first++;
       }

    }

  const  bool empty() const {
        return c.empty();
    }

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

   const T& top() const {
        return c.front();
    }

    void push(const T& x) {
        c.push_back(x);
        upadjust(c.size() - 1);
    }

        void pop() {
        swap(c[0], c[c.size() - 1]);
        c.pop_back();
        downadjust(0);
    }

private:

    Container c;

    Compare com;

};

}

三.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。

简单来说就是:它自己不是容器,用的其他的容器进行封装然后再使用,那么这个类就是容器适配器。

比如queue和stack的实现它们就是容器适配器,但它们不是容器,而是对底层容器进行封装,即对deque封装。

如:

template>//底层容器的类型
四.deque:
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。

注:deque的空间不是绝对连续的:它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。

如:

访问它就可以利用类似二维数组,但是它的底层实现是复杂的,如要判断数据相对位置,控制四个指针的指向。故通常作为了解即可。

当然可以理解为它是vector和list结合,但并不完全。与vector相比,它头插,头删,尾插,可以直接进行,不用大量挪动以及容量不足的时候扩大量空间,与list相比,它的底层空间中控数组里面存着的指针所指向的数组是连续的,这样就可以提高一定空间利用率。

但是不可能能完全综合了优点,还存在个致命的缺点: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,因此在实际遍历不用它。 故这里只是在stack和queue的封装,底层用了它。

那为什么这里会用deque而不是vector或者list:

  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。

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