stack,queue

stack的介绍和使用

介绍

1. stack是适配器的一种，专门用在具有先进后出的容器中，而且元素的删除，插入和提取都只能从容器的一端进行
2. stack作为容器适配器被实现，容器适配器系对特定类进行封装作为其底层的容器，并提供一组特定的成员函数访问其元素，将特定类作为其底层的，元素特定容器的尾部被压入和弹出，不可遍历
3. stack的底层容器可以是任何标准的容器类模板
   

使用

函数说明	接口说明
stack()	构造空栈
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

模拟实现

模板中的第二个参数Class Container = deque<T>,Container是容器适配器，也就是用已存在的容器进行封装转换出自己想要实现的数据结构的底层容器，而且底层容器的功能可以直接使用，不再需要自己去实现底层容器及其相关功能，使用现成的，很大程度上提高效率。在这里，也就是用deque<T>作为底层容器，去实现stack类的数据结构

    template<class T,class Container=deque<T>>
	class stack
	{
    
    
	public:
		//数据入栈
		void push(const T& x)
		{
    
    
			_con.push_back(x);
		}

		//数据出栈
		void pop()
		{
    
    
			_con.pop_back();
		}

		//提取栈顶数据
		const T& top()
		{
    
    
			return _con.back();
		}

		//检测栈是否为空
		bool empty()
		{
    
    
			return _con.empty();
		}

		//计算栈中有效元素的个数
		size_t size()
		{
    
    
			return _con.size();
		}
	private:
		//deque作为底层容器创建变量
		Container _con;
	};

queue的介绍和使用

介绍

1. 队列也是适配器的一种，专门用在先进先出的容器中，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，容器适配器系将特定容器进行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，从队列头出队列。不可遍历
3. 底层容器可以是标准容器模板之一
   

使用

函数说明	接口说明
queue()	构造空队列
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()	在队尾将元素val入队列
pop()	将队头元素出队列

模拟实现

将 deque<T>作为底层容器，通过其去实现 queue类的数据结构

    template<class T,class Container=deque<T>>
	class queue
	{
    
    
	public:
		//数据入队列
		void push(const T& x)
		{
    
    
			_con.push_back(x);
		}

		//数据出队列
		void pop()
		{
    
    
			_con.pop_front();
		}

		//提取队头数据
		const T& top()
		{
    
    
			return _con.front();
		}

		//检测队列是否为空
		bool empty()
		{
    
    
			return _con.empty();
		}

		//计算队列中有效元素的个数
		size_t size()
		{
    
    

			return _con.size();
		}
	private:
		//deque作为底层容器创建变量
		Container _con;
	};

priority_queue的介绍和使用

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. 优先队列的容器类似堆，在堆中可以随时插入元素，并且只能提取最大的元素，不可遍历
3. 优先队列被实现为容器适配器，queue提供一组特定的成员函数来访问其元素。元素从容器的尾部弹出，其称为优先队列的顶部

使用

优先队列默认使用vector作为其底层存储数据的容器，在vector上使用堆算法将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，默认情况下，priority_queue是大根堆

函数说明	接口说明
priority_queue()	构造空优先队列
empty()	检测优先队列是否为空
top()	返回优先队列中最大元素，即堆顶元素
push(x)	在优先队列中插入元素x
pop()	删除优先队列中最大元素，即堆顶元素

模拟实现

根据上面的介绍，优先队列的本质上就是堆，所以选择vector<T>作为其底层容器；默认情况下，优先队列是大根堆，模板中的比较函数是less，所以如果需要将其改为小根堆的话，只需要将比较函数修改为greater即可

这里的比较函数Compare也称作仿函数
仿函数又称为函数对象是一个能行使函数功能的类，通过创建对象来实行函数功能
作为仿函数的类，都必须重载 operator() 运算符。调用仿函数，本质上就是通过类对象调用重载后的 operator() 运算符。

仿函数的实现

    template<class T>
	//判断前一个数小于后一个数
	class less
	{
    
    
	public:
		bool operator()(const T& x, const T& y) const 
		{
    
    
			return x < y;
		}
	};

	template<class T>
	//判断前一个数大于后一个数
	class greater
	{
    
    
	public:
		bool operator()(const T& x, const T& y) const
		{
    
    
			return x > y;
		}
	};

优先队列的实现

    template<class T,class Container = vector<T>,class Compare = less<T>>
	class priority_queue
	{
    
    
	public:
		//无参构造函数
		priority_queue()
		{
    
    

		}

		//迭代器构造函数
		template<class InputIterator>
		priority_queue(InputIterator first, InputIterator last)
			:_con(first, last)
		{
    
    
			for (int i = (_con.size() - 1 - 1) / 2; i >= 0; --i)
			{
    
    
				adjust_down(i);
			}
		}

		//向上调整
		void adjust_up(size_t child)
		{
    
    
			Compare com;
			size_t parent = (child - 1) / 2;
			while (child > 0)
			{
    
    
				if (com(_con[parent], _con[child]))
				{
    
    
					swap(_con[parent], _con[child]);
					child = parent;
					parent = (child - 1) / 2;
				}
				else
				{
    
    
					break;
				}
			}
		}

		//数据入堆
		void push(const T& x)
		{
    
    
			_con.push_back(x);

			adjust_up(_con.size() - 1);
		}

		//向下调整
		void adjust_down(size_t parent)
		{
    
    
			Compare com;
			size_t child = parent * 2 + 1;
			while (child < _con.size())
			{
    
    
				if (child + 1 < _con.size() && com(_con[child], _con[child + 1]))
				{
    
    
					child++;
				}

				if (com(_con[parent], _con[child]))
				{
    
    
					swap(_con[parent], _con[child]);
					parent = child;
					child = parent * 2 + 1;
				}
				else
				{
    
    
					break;
				}
			}
		}

		//删除堆顶数据
		void pop()
		{
    
    
			swap(_con[0], _con[_con.size() - 1]);
			_con.pop_back();
			adjust_down(0);
		}

		//提取堆顶数据
		const T& top()
		{
    
    
			return _con[0];
		}

		//检测堆是否为空
		bool empty()
		{
    
    
			return _con.empty();
		}

		//计算堆中有效元素的个数
		size_t size()
		{
    
    
			return _con.size();
		}

	private:
		//vector作为底层容器
		Container _con;
	};

容器适配器

概念

适配器是一种设计模式，该模式是将一个类的接口转换成客户希望的另外一个接口

标准库中stack，queue的底层结构

stack，queue本身也可以存放元素，但在STL中只是将其称为容器适配器，因为stack和queue只是对其他容器的接口进行了包装，STL中默认使用deque作为容器

介绍deque

原理

deque：一种双开口的“连续”空间的数据结构，可以在头尾两端进行插入和删除操作，并且时间复杂度为O(1)，与vector相比，头插效率高，不需要搬移元素；与list相比，空间利用率比较高

deque并不是真正连续的空间，而是由一段连续的小空间拼接而成的，实际上deque类似于一个动态二维数组，其底层结构如下

缺陷

不适合遍历，在遍历时，deque的迭代器要频繁地去检测其是否移动到某段小空间的边界，导致效率低。在实际中，需要线性结构时，大多情况下优先考虑vector和list，deque的应用是，STL用其作为stack和queue的底层数据结构

deque作为stack,queue底层默认容器

stack是先进后出的特殊线性数据结构，因此是要具有push_back()和pop_back()操作的线性结构，都可以作为stack的底层容器；queue是先进先出的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的底层结构，STL选择deque作为其底层容器的原因如下

1. stack和queue不需要遍历，只需要再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；queue中元素增长时，deque不仅效率高，而且内存使用率高

总的来说就是，结合了deque的有点，并且完美地避开其缺点