STL-stack的使用及其模拟实现

   在C++标准库中,stack是一种容器适配器,它以后进先出的方式组织数据,其删除只能从容器的栈顶进行元素的插入与取出操作。

stack的使用

stack的构造函数

stack的成员函数

empty:判断栈是否为空
back:返回当前栈中元素的数量(大小)

top:获取栈顶元素的引用
push:将一个新的元素压入栈中

emplace:在栈顶处构造一个新的元素,使用传递的参数来进行构造
pop:将栈顶元素弹出(删除)

swap:用于交换两个栈的内容,使得两个栈中的元素互换

容器适配器

    容器适配器(Container Adapters)是 C++ 标准库提供的一种数据结构,它们基于现有的容器类型,提供了特定的接口和功能,以便更方便地实现某些特定的数据结构和算法。容器适配器本质上是对底层容器的封装,提供了不同的数据访问方式,使它们适用于特定的用途。

标准库中提供了三种常用的容器适配器:

stack:栈适配器,基于底层容器提供了栈数据结构的操作,如压入(push)、弹出(pop)、查看栈顶元素等。默认底层容器是 std::deque,但也可以使用其他支持 back() 和 push_back() 操作的容器。
queue:队列适配器,基于底层容器提供了队列数据结构的操作,如入队(push)、出队(pop)、查看队首元素等。默认底层容器是 std::deque,但也可以使用其他支持 back() 和 push_back() 操作的容器。
priority_queue:优先队列适配器,基于底层容器提供了优先队列数据结构的操作,支持在插入元素时根据优先级进行排序。默认底层容器是 std::vector,但也可以使用其他支持随机访问和插入操作的容器。

双端队列

  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,其底层结构如下图所示:

双端队列底层是一段假想的连续空间,实际是分段连续的,为了维护其“整体连续”以及随机访问的假想,落在了deque的迭代器身上,因此deque的迭代器设计就比较复杂,如下图所示:

双端队列的缺陷

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。

stack的模拟实现

//适配器模式/配接器

template<class T,class Container=vector<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:
    //vector<T> _v;
    Container _con;
};
void test_stack() {
    //stack<int, vector<int>> st;
    //stack<int, list<int>> st;
    stack<int> st;
    st.push(1);
    st.push(2);
    st.push(3);
    st.push(4);
    while (!st.empty()) {
        cout << st.top() << " ";
        st.pop();
    }
    cout << endl;
}

成员函数的模拟实现

push(const T& x):将传入的元素值 x 添加到底层容器的末尾,实现了入栈操作。
pop():从底层容器的末尾删除一个元素,实现了出栈操作。
T& top() 和 const T& top() const:分别返回底层容器的末尾元素的引用(允许修改)和常量引用(只读),实现了查看栈顶元素操作。
bool empty() const:返回底层容器是否为空。
size_t size() const:返回底层容器中元素的数量。
私有成员变量 _con:这是一个模板类的私有成员变量,用于存储实际的栈元素。其类型是根据模板参数 Container 确定的,在实例化时会被替换为具体的容器类型。

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