【C++】STL--stackquene

这一节主要学习stack、quene和priority_quene的使用以及模拟实现，最后介绍了容器适配器。

stack的介绍和使用

stack的介绍

stack的使用

stack的模拟实现

queue的介绍和使用

queue的介绍

queue的使用

queue的模拟实现

priority_queue的介绍和使用

priority_queue的介绍

priority_queue的使用

priority_quene的模拟实现

容器适配器

STL标准库中stack和queue的底层结构

stack的介绍和使用

stack的介绍

1.stack是一种容器适配器，专门用在具有后进先出操作的上下文环境中，其删除只能从容器的一端进行元素的插入与提取操作。

2.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，将特定类作为其底层的，元素特定容器的尾部(即栈顶)被压入和弹出。

3.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

4.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。

stack的使用

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

stack的模拟实现

namespace ghs
{//适配器模式//stack(int,vector<int>) st1//stack(int,list<int>) st2//template<class T,class Container = vector<T>>//添加缺省值，和库保持一致template<class T, class Container = deque<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;};
}

queue的介绍和使用

queue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stack是否为空

size()：返回stack中元素的个数

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。

queue的使用

quene()：构造空的队列

empty()：检测队列是否为空

size()：返回stack中元素的个数

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

queue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：

namespace ghs
{//适配器模式template<class T, class Container = deque<T>>class quene{public:void push(const T& x){_con.push_back(x);}void pop(){_con.pop_front();}size_t size(){return _con.size();}bool empty(){return _con.empty();}const T& front(){return _con.front();}const T& back(){return _con.back();}private:Container _con;};
}

priority_queue的介绍和使用

priority_queue的介绍

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.优先队列类似于堆，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。

priority_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。

priority quene()/priority_quene(first,last)：构造一个空的优先级队列

empty()：检测优先级队列是否为空

top()：返回优先级队列中最大（最小元素），即堆顶元素

push()：在优先级队列中插入元素x

pop()：删除优先级队列中的最大（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;
}

priority_quene的模拟实现

namespace ghs
{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>>//大堆template<class T, class Container = vector<T>,class Compare = Less<T>>class priority_quene{ public: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;}}}void adjust_down(size_t parent){Compare com;int child = parent * 2 + 1;while (child < _con.size()){//if (child + 1 < _con.size() && _con[child] < _con[child + 1])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;}}}void push(const T& x){_con.push_back(x);adjust_up(_con.size() - 1);}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;};}