1、stack的介绍和使用
stack具有后进先出的特性,,stack是被作为容器适配器实现的,容器适配器是利用现有的容器类型作为基础,来创建新的容器类型,容器适配器通常与普通容器提供相同的接口,但可能添加了一些特定的功能和限制;
标准容器vector list deque都可以作为底层容器来构建stack,默认情况下,使用deque作为底层容器;
satck的模拟实现
//容器适配器模式
template<class T,class Container=vector<T>>
class stack
{
public:
void push(const T& x)
{
_con.push_back(x);
}
void pop()
{
_con.pop_back();
}
size_t size()
{
return _con.size();
}
bool empty()
{
return _con.empty();
}
const T& top()
{
return _con.back();
}
private:
Container _con;
};
2、queue的使用和介绍
队列是一种容器适配器,具有先进先出的特点,标准容器deque和list可以作为底层容器构建queue,为什么不用vector呢? 因为vectoe进行头删时比较麻烦,代价比较大,
queue的模拟实现
template<class T,class Container=deque<T>>
class queue
{
public:
void push(const T& x)
{
_qt.push_back(x);
}
void pop()
{
_qt.pop_front();
}
size_t size()
{
return _qt.size();
}
bool empty()
{
return _qt.empty();
}
const T& front()
{
return _qt.front();
}
const T& back()
{
return _qt.back();
}
private:
Container _qt;
};
3、priority_queue的介绍和使用
优先队列是一种容器适配器,按照降序排序,不管你是怎么插入的,他的第一个元素总是他所包含的元素中最大的那一个,优先队列底层类似于堆,默认按照大堆实现,排降序;
标准容器vector 和deque可以作为底层实现容器,默认情况下使用vector作为底层实现容器
需要支持随机访问迭代器,以便在内部保持堆结构,容器适配器通过调用算法函数make_heap push_heap pop_heap 来保持堆结构,
优先队列底层是堆的结构,所以不能用list实现
priority_queue的使用
优先队列默认使用vector作为底层容器,在vector上又使用了堆算法将vector中元素构成堆的结构
默认情况下priority_queue是大堆;
priority_queue的模拟实现
仿函数,向上调整和向下调整
仿函数其实就是一个类,类里面对operator()的重载,
template<class T>
class less
{
public:
bool operator()(const T& x,const T& y)
{
return x < y;
}
};
template<class T>
class greater
{
public:
bool operator()(const T& x, const T& y)
{
return x > y;
}
};
template<class T,class Container=vector<T>,class Compare= greater<T>>
class priority_queue
{
public:
void adjust_up(size_t child)
{
size_t parent = (child - 1) / 2;
Compare com;
while (child > 0)
{
//if (_con[child] > _con[parent])
if (com(_con[child] , _con[parent]))
{
swap(_con[child], _con[parent]);
child = parent;
parent = (child - 1) / 2;
}
else
{
break;
}
}
}
void push(const T& x)
{
_con.push_back(x);
adjust_up(_con.size() - 1);
}
void adjust_down(size_t parent)
{
size_t child = parent * 2 + 1;
Compare com;
while (child< _con.size())
{
//if (child + 1 < _con.size() && _con[child + 1] > _con[child])
if (child + 1 < _con.size() && com(_con[child + 1],_con[child]))
{
child++;
}
//if (_con[child] > _con[parent])
if (com(_con[child],_con[parent]))
{
swap(_con[child], _con[parent]);
parent = child;
child = parent * 2 + 1;
}
else
{
break;
}
}
}
void pop()
{
swap(_con[0], _con[_con.size() - 1]);
_con.pop_back();
adjust_down(0);
}
bool empty()
{
return _con.empty();
}
size_t size()
{
return _con.size();
}
const T& top()
{
return _con[0];
}
private:
Container _con;
};
}
4、容器适配器
容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我们希望的另外一个接口。
STL标准库中sack和queue的底层结构
他们的底层都是用deque和vector实现的;
5、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相比,头插效率高,不用移动元素,与list相比较,空间利用率比较高。
deque并不是真正的连续空间,而是由一段段连续的小空间拼接起来的,实际的deque类似于一个动态的二维数组
deque的迭代器设计比较复杂:
deque的优点:
头插、尾插效率高
缺点:
中间插入删除会很麻烦
[]的效率不够极致,比如说用sort排序deque效率很慢,
deque不适合遍历,因为在遍历时,deque的迭代器需要频繁的检测是否移动到某段小空间的边界,导致效率低下
为什么选择deque作为stack和queue的底层默认容器
stack是一种后进先出的特殊线性数据结构,因此只要具有push_back()和pop_back()操作的线性结构,都可以作为stack的底层容器,比如vector和list都可以;queue是先进先出的特殊线性数据结构,只要具有push_back和pop_front操作的线性结构,都可以作为queue的底层容器,比如list。但是STL中对stack和queue默认选择deque作为其底层容器,主要是因为:
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。结合了deque的优点,而完美的避开了其缺陷。