C++/stack

1.stack

1.1stack的介绍

1.2stack的使用

练习题：

1.3stack的模拟实现

2.queue的介绍和使用

2.1queue的介绍

2.2queue的使用

2.3queue的模拟实现

3.priority_queue的介绍和使用

3.1priority_queue的介绍

3.2priority_queue的使用

欢迎

1.stack

1.1stack的介绍

cplusplus.com/reference/stack/stack/?kw=stack

1.2stack的使用

接口	说明
stack()	构造空的栈
empty()	检测stack是否为空
size()	返回stack中元素的个数
top()	返回栈顶元素的引用
push()	将元素val压入stack中
pop()	将stack中尾部的元素弹出

练习题：

155. 最小栈 - 力扣（LeetCode）

class MinStack {
public:
    MinStack() {
        
    }
    
    void push(int val) {
        _st.push(val);
        if(_minst.empty() || val<=_minst.top())//比较，如果小于当前最小值，则插入_minst中
            _minst.push(val);
    }
    
    void pop() {
        if(_st.top() == _minst.top())//如果相等，两个栈一起删除该数据
            _minst.pop();
        _st.pop();
    }
    
    int top() {
        return _st.top();
    }
    
    int getMin() {
        return _minst.top();//返回最小栈的栈顶数据，即最小元素
    }
private:
    stack<int> _st;
    stack<int> _minst;//辅助栈（最小栈）：将当前val与栈顶数据比较，将最小值入栈，即记录当前最小值
};

栈的压入、弹出序列_牛客题霸_牛客网

class Solution {
public:
    /**
     * 代码中的类名、方法名、参数名已经指定，请勿修改，直接返回方法规定的值即可
     *
     *
     * @param pushV int整型vector
     * @param popV int整型vector
     * @return bool布尔型
     */
    bool IsPopOrder(vector<int>& pushV, vector<int>& popV) {
        // write code here
        size_t pushi = 0, popi = 0;
        stack<int> st;
        while (pushi < popV.size())
        {
            st.push(pushV[pushi++]);//1.先入栈pushi位置的数据
            while (!st.empty() && popV[popi] == st.top())
             //栈顶数据跟popi位置序列数据比较，如果匹配则出栈，popi++
             //如果不匹配继续入栈
            {
                popi++;
                st.pop();
            }
        }
        return st.empty();//如果匹配则栈为空，不匹配栈不为空
    }
};

150. 逆波兰表达式求值 - 力扣（LeetCode）

#include <vector>
#include <stack>
#include <string>

class Solution {
public:
    // 定义函数 evalRPN，接收一个存储字符串的向量 tokens 作为参数，返回逆波兰表达式的计算结果
    int evalRPN(vector<string>& tokens) {
        // 创建一个整数类型的栈 s，用于存储操作数
        stack<int> s;
        // 使用范围 for 循环遍历 tokens 向量中的每个字符串元素，str 是对当前元素的引用
        for(auto& str : tokens) {
            // 检查当前字符串是否为运算符（+、-、*、/）
            if("+" == str || "-" == str || "*" == str || "/" == str) {
                // 若为运算符，从栈中弹出栈顶元素作为右操作数
                int right = s.top();
                s.pop();
                // 再次从栈中弹出栈顶元素作为左操作数
                int left = s.top();
                s.pop();
                // 根据运算符进行相应的运算
                switch(str[0]) {
                    // 若运算符为 +，将左操作数和右操作数相加，结果压入栈中
                    case '+':
                        s.push(left + right);
                        break;
                    // 若运算符为 -，用左操作数减去右操作数，结果压入栈中
                    case '-':
                        s.push(left - right);
                        break;
                    // 若运算符为 *，将左操作数和右操作数相乘，结果压入栈中
                    case '*':
                        s.push(left * right);
                        break;
                    // 若运算符为 /，用左操作数除以右操作数，结果压入栈中
                    case '/':
                        s.push(left / right);
                        break;
                }
            } else {
                // 若当前字符串不是运算符，则将其转换为整数并压入栈中
                s.push(stoi(str));
            }
        }
        // 遍历结束后，栈中仅剩下一个元素，即逆波兰表达式的最终计算结果，将其返回
        return s.top();
    }
};

1.3stack的模拟实现

从栈的接口中可以看出，栈实际是一种特殊的vector，因此使用vector完全可以模拟实现stack

#pragma once

//stack<int, vector<int>>s1;
//stack<int, list<int>>s1;
#include<vector>
#include<list>

namespace pzn
{
	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() const
		{
			return _con.size();
		}
		bool empty() const
		{
			return _con.empty();
		}
	private:
		Container _con;
	};

}

2.queue的介绍和使用

2.1queue的介绍

1. 队列是一种容器适配器，专门用于在 FIFO 上下文 ( 先进先出 ) 中操作，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

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

cplusplus.com/reference/queue/queue/

2.2queue的使用

接口	说明
queue()	构造空的队列
empty()	检测队列
size()	返回队列自己中有效元素的个数
front()	返回对头元素的引用
back()	返回队尾元素的引用
push()	在队尾将元素val入队列
pop()	将队头元素出队列

2.3queue的模拟实现

因为 queue 的接口中存在头删和尾插，因此使用 vector 来封装效率太低，故可以借助 list 来模拟实

现 queue ，具体如下：

#pragma once

#include<vector>
#include<list>

namespace pzn
{
	template<class T,class Container=deque<T>>
	class queue
	{
	public:
		void push(const T& x)
		{
			_con.push_back(x);
		}
		void pop()
		{
			_con.pop_front();
		}
		const T& front() const
		{
			return _con.front();
		}
		const T& back()
		{
			return _con.back();
		}
		size_t size() const
		{
			return _con.size();
		}
		bool empty() const
		{
			return _con.empty();
		}
	private:
		Container _con;
	};
}

3.priority_queue的介绍和使用

3.1priority_queue的介绍

cplusplus.com/reference/queue/priority_queue/

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。（就是堆）

2. 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 ” 弹出，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

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 来自动完成此操作。

3.2priority_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 。

接口	说明
priority_queue()	构造一个空的优先队列
empty()	检测优先队列是否为空，是返回true，否则返回false
top()	返回优先级队列中最大值，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

【注意】

1.默认情况下，priority_queue是大堆

#include <vector>
#include <queue>
#include <functional> // greater算法的头文件
void TestPriorityQueue()
{
// 默认情况下，创建的是大堆，其底层按照小于号比较
vector<int> v{3,2,7,6,0,4,1,9,8,5};
priority_queue<int> q1;
for (auto& e : v)
q1.push(e);
cout << q1.top() << endl;
// 如果要创建小堆，将第三个模板参数换成greater比较方式
priority_queue<int, vector<int>, greater<int>> q2(v.begin(), v.end());
cout << q2.top() << endl;
}

2.如果在priority_queue中放自定义类型的数据，用户需要在自定义类型中提供> 或者< 的重

载。

class Date
{
public:
Date(int year = 1900, int month = 1, int day = 1): _year(year)
, _month(month)
, _day(day)
{}
bool operator<(const Date& d)const
{
return (_year < d._year) ||
(_year == d._year && _month < d._month) ||
(_year == d._year && _month == d._month && _day < d._day);
}
bool operator>(const Date& d)const
{
return (_year > d._year) ||
(_year == d._year && _month > d._month) ||
(_year == d._year && _month == d._month && _day > d._day);
}
friend ostream& operator<<(ostream& _cout, const Date& d)
{
_cout << d._year << "-" << d._month << "-" << d._day;
return _cout;
}
private:
int _year;
int _month;
int _day;
};
void TestPriorityQueue()
{
// 大堆，需要用户在自定义类型中提供<的重载
priority_queue<Date> q1;
q1.push(Date(2018, 10, 29));
q1.push(Date(2018, 10, 28));
q1.push(Date(2018, 10, 30));
cout << q1.top() << endl;
// 如果要创建小堆，需要用户提供>的重载
priority_queue<Date, vector<Date>, greater<Date>> q2;
q2.push(Date(2018, 10, 29));
q2.push(Date(2018, 10, 28));
q2.push(Date(2018, 10, 30));
cout << q2.top() << endl;
}

练习题：

215. 数组中的第K个最大元素 - 力扣（LeetCode）

class Solution {
public:
    int findKthLargest(vector<int>& nums, int k) {
        //将数组中的元素先放入优先级队列中
        priority_queue<int> p(nums.begin(),nums.end());
        //将优先级队列中前k-1个元素删除掉
        for(int i=0;i<k-1;++i)
        {
            p.pop();
        }
        return p.top();
    }
};