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stack-queue

2022-08-08 05:33:00 【'派派'】

1. stack的介绍和使用

1.1 介绍：stack - C++ Reference

1.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

2.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操作

empty：判空操作
back：获取尾部元素操作
push_back：尾部插入元素操作
pop_back：尾部删除元素操作

3.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。

1.2栈的使用

       stack<int>stk;
		stk.push(1);
		stk.push(2);
		stk.push(3);
		while (!stk.empty()) {
			cout << stk.top() << " ";
			stk.pop();
		}

2. queue的介绍和使用

2.1 queue的介绍 queue - C++ Reference

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. 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操作:

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

2.2queue的使用

3. 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。

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：

3.1栈的模拟实现

template<class T, class Container = deque<T>>
class Stack
{
public:
	void push(const T& x)
	{
		_con.push_back(x);
	}
	void pop()
	{
		_con.pop_back();
	}

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

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

	bool empty()
	{
		return _con.empty();
	}

private:
	Container _con;
};

void test1()
{
	Stack<int,vector<int>> s;//此处用vector进行适配
	s.push(3);
	s.push(2);
	s.push(7);
	s.push(5);
	while (!s.empty())
	{
		cout << s.top() << " ";
		s.pop();
	}
	cout << endl;
}

队列的模拟也是类似，这就不在叙述。

3.2deque的原理介绍

deque(双端队列)：是一种双开口的"连续"空间的数据结构，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。

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。

为什么用deque作为stack和queue的底层默认容器。

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。

4.priority_queue的介绍和使用

4.1介绍

1.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。

2.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。

3.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

4.需要支持随机访问迭代器，以便始终在内部保持堆结构。

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。

4.2priority_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。

4.3 priority_queue的模拟实现

先来了解一下什么是仿函数

template<class T>
struct Greate
{
	bool operator()(const T& x, const T& y) const
	{
		return x > y;
	}
};
int main()
{
	Greate<int> gg;
	cout << gg(6, 3) << endl;

	return 0;
}

对象可以像调用函数一样去使用

再看下sort

struct Goods
{
	string _name;
	double _price;
	size_t _saleNum;
};
struct LessPrice
{
	bool operator()(const Goods& g1, const Goods& g2) const
	{
		return g1._price < g2._price;
	}
};

int main()
{

	Goods gds[4] = { { "苹果", 2.1, 1000}, { "香蕉", 3.0, 200}, { "橙子", 2.2,300}, { "菠萝", 1.5,50} };

	sort(gds, gds + 4, LessPrice());

	return 0;
}

结果：

模拟实现：

namespace LF
{
	template<class T>
	struct Less
	{
	public:
		bool operator()(const T& x, const T& y) const
		{
			return x < y;
		}
	};
	template<class T>
	struct Greate
	{
		bool operator()(const T& x, const T& y) const
		{
			return x > y;
		}
	};
	template<class T, class Container = vector<int>, class compare = Less<T>>//默认情况是大推
	class Priority_queue
	{
	public:
		void Adjustup(int child)
		{
			Compare comFunc;//用那个仿函数创建对象
			int parent = (child - 1) / 2;
			while (child > 0)
			{
				if (comFunc(_con[parent], _con[child]))//重载了()
				{
					swap(_con[parent], _con[child]);
					child = parent;
					parent = (child - 1) / 2;
				}
				else
				{
					break;
				}
			}
		}

		void AdjustDown(int parent)
		{
			Compare comFunc;
			size_t child = parent * 2 + 1;
			while (child < _con.size())
			{
				if (child + 1 < _con.size() && comFunc(_con[child], _con[child + 1]))
				{
					++child;
				}
				if (comFunc(_con[parent], _con[child]))
				{
					swap(_con[parent], _con[child]);
					parent = child;
					child = parent * 2 + 1;
				}
				else
				{
					break;
				}
			}
		}
		void push(const T& x)
		{
			_con.push_back(x);

			AdjustUp(_con.size() - 1);
		}
		void pop()
		{
			assert(!_con.empty());
			swap(_con[0], _con[_con.size() - 1]);
			_con.pop_back();

			AdjustDown(0);
		}

		const T& top()
		{
			return _con[0];
		}

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

		bool empty()
		{
			return _con.empty();
		}

	private:
		Container _con;

	};

}
void test2()
{
	LF::Priority_queue<int> p;
	p.push(3);
	p.push(8);
	p.push(6);
	p.push(4);
	p.push(1);
	p.push(9);
	p.push(2);
	while (!p.empty())
	{
		cout << p.top() << " ";
		p.pop();

	}
	cout << endl;

}

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