stack和queue

目录

stack的模拟实现

queue的模拟实现

priority_queue的使用与模拟实现

使用

存储内置类型

存储自定义类型

模拟实现

 容器适配器

什么是适配器

 deque原理介绍

 deque的优缺点

stack和queue的底层结构

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stack的模拟实现 1.stack是一种容器适配器，专门用在具有后进先出 *** 作的上下文环境中，其删除只能从容器的一端进行 元素的插入与提取 *** 作。 2. stack是作为容器适配器被实现的，容器适配器即是对特定类封装作为其底层的容器，并提供一组特定 的成员函数来访问其元素，将特定类作为其底层的，元素特定容器的尾部(即栈顶)被压入和d出。 3. stack的底层容器可以是任何标准的容器类模板或者一些其他特定的容器类，这些容器类应该支持以下 *** 作： empty：判空 *** 作 back：获取尾部元素 *** 作 push_back：尾部插入元素 *** 作 pop_back：尾部删除元素 *** 作 4. 标准容器vector、deque、list均符合这些需求，默认情况下，如果没有为stack指定特定的底层容器， 默认情况下使用deque。

namespace gss{
	template>
	//stack的实现就是把vector包装了一下
	//形成了一种新的结果:适配器
	class stack{
	public:
		stack(){

		}
		void push(const T& val){
			_con.push_back(val);
		}
		void pop(){//出栈
			_con.pop_back();
		}
		T& top(){//获取栈顶元素
			return _con.back();
		}
		const T& top()const{
			return _con.back();
		}
		size_t size()const{//获取栈中元素个数
			return _con.size();
		}
		bool empty(){//判空
			return _con.empty();
		}
	private:
		Container _con;
	};
}

queue的模拟实现 1. 队列是一种容器适配器，专门用于在FIFO上下文(先进先出)中 *** 作，其中从容器一端插入元素，另一端 提取元素。 2. 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。 3. 底层容器可以是标准容器类模板之一，也可以是其他专门设计的容器类。该底层容器应至少支持以下 *** 作: 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 4. 标准容器类deque和list满足了这些要求。默认情况下，如果没有为queue实例化指定容器类，则使用标 准容器deque。

namespace gss{
	//队列是重新将list重新包装
	//形成适配器
	template>
	class queue{
	public:
		queue(){

		}
		void push(const T& val){//尾插
			_con.push_back(val);
		}
		void pop(){//头删
			_con.pop_front();
		}
		T& back(){//获取队尾元素
			return _con.back();
		}
		T& front(){//获取队头元素
			return _con.front();
		}
		const T& back()const{
			return _con.back();
		}
		const T& front()const{
			return _con.front();
		}
		size_t size()const{//获取队列元素个数
			return _con.size();
		}
		bool empty(){
			return _con.empty();
		}
	private:
		Container _con;
	};
}

priority_queue的使用与模拟实现 1. 优先队列是一种容器适配器，根据严格的弱排序标准，默认情况下它的第一个元素总是它所包含的元素中最大的。 2. 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)。 3. 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”d出，其称为优先队列的顶部。 4. 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 *** 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 5. 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。 6. 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 *** 作。 使用 存储内置类型 1.默认情况下，插入元素后，构建大堆，代码如下： 

在文档中，priority_queue默认是按照less的方式比较，构建的是大堆,如下：

 2.如果想构建小堆，那么则需要改变比较方式。结合模板参数列表，比较方式必须放到模板参数列表的第三个位置，次序不能乱。使用标准库函提供的greater即可，代码如下：

存储自定义类型

priority_queue的内部默认是按照小于的方式进行比较的，存储自定义类型的对象时，不能直接按照小于的方式进行比较，需要用户重载"<"。

如下初始化三个日期类对象，然后将其放入优先级队列中：

#include 
#include 
#include //注意包含头文件
using namespace std; 
class Date{
public:
	Date(int year = 0, int month = 0, int day = 0)
		:_year(year)
		, _month(month)
		, _day(day)
	{

	}
	bool operator<(const Date& d)const{//必须都给成const,不然编译不能通过
		if (_year(const Date& d)const{//必须都给成const,不然编译不能通过
		if (_year>d._year || _year == d._year&&_month>d._month || _year == d._year&&_month == d._month&&_day>d._day){
			return true;
		}
		return false;
	}
private:
	int _year;
	int _month;
	int _day;
};
int main(){
	Date d2(2022, 4, 18);
	Date d3(2022, 4, 19);
	Date d4(2022, 4, 20);
	priority_queue q;
	q.push(d2);
	q.push(d3);
	q.push(d4);
	return 0;
}

打开监视：

如果想构建小堆，那么只需要使用greater的比较方式即可。

如果只是想存储自定义类型的地址，则不能在使用库中的less和greater作为默认的比较方式了，因为如果使用了库中的默认比较方式 ，它们会按照函数地址的大小进行比较。那么该怎么做？

需要用户自己提供比较方式，一般情况下，有三种比较方式：

1.函数指针，需要在类中重载"<"或">"运算符

2.仿函数，，需要在类中重载"<"或">"运算符

3.lambda表达式（后续讲）

模拟实现

模拟实现就是将堆算法与vevtor进行了包装，堆算法在前面已经讲解过，在这里就不细讲了，具体实现代码如下：

namespace ck{
	//优先级队列就是将vector和堆算法进行了包装，成为容器适配器
	template,class Com=less>
	class priority_queue{
	public:
		priority_queue(){

		}
		template 
		priority_queue(iterator first, iterator last)//给定区间的构造方法
			:_con(first,last)
		{
			for (int parent = (_con.size() - 2) / 2; parent >= 0;parent--){//建堆
				HeapAdjustDown(parent);
			}
		}
		void push(const T& val){//插入元素
			_con.push_back(val);
			HeapAdjustUp(_con.size()-1);
		}
		void pop(){//删除元素
			if (_con.empty()){
				return;
			}
			std::swap(_con.front(),_con.back());
			_con.pop_back();
			HeapAdjustDown(0);
		}
		const T& top(){//获取堆顶元素
			return _con.front();
		}
		size_t size(){//获取元素个数
			return _con.size();
		}
		bool empty(){
			return _con.empty();
		}
	private:
		void HeapAdjustUp(int child){//向上调整
			int parent = (child - 1) / 2;
			Com com;
			while (child){
				if (com(_con[parent],_con[child])){
					std::swap(_con[parent],_con[child]);
					child = parent;
					parent = (child - 1) / 2;
				}
				else{
					return;
				}
			}
		}
		void HeapAdjustDown(int parent){//向下调整
			int child = parent * 2 + 1;
			int size = _con.size();
			Com com;
			while (child 类型
	};
}

 容器适配器 什么是适配器 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。  deque原理介绍 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 *** 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。 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，其底层结构简图如下图所示：  deque的优缺点

优点

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。

缺点

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

stack和queue的底层结构

stack和queue都是采用deque作为底层结构的，为什么？ stack:为什么用deque不用vector? 1.当stack需要扩容时，deque的效率比vector高，因为deque不需要搬移元素 2.stack不需要遍历，deque的劣势就能规避 queue:为什么用deque不用list? 1.deque中不需要存储额外的内容，list是链表，其中存储了指针。 2.deque是分段连续的，缓存效率高 3.queue 不需要遍历，deque的劣势就能规避