目录
4.选择deque作为stack和queue的底层默认容器的原因
前言：这里将会具体解释容器适配器的概念，同时也会在这里接触到仿函数的概念。
一.容器适配器
1.适配器
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客户希望的另外一个接口。
2.stack和queue的底层结构
stack和queue虽然可以存放元素，但在STL中并没有将其划分在容器的行列，而是将其称为容器适配器，这是因为stack和queue只是对其它容器的接口进行了包装。
stack和queue默认使用的是deque（双端队列）。
3.deque（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。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；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。
deque的底层是一段假象的连续空间，实际是分段连续的，为了维护其“整体连续”以及随机访问的假象，落在了deque的迭代器身上。
deque是通过中控器，以及缓冲区来实现。首先是存入的数据会先放入中间的缓冲区buffer中，如果头插就放在该中间缓冲区前面，如果尾插就放在该中间缓冲区的后面。缓冲区是一段一段的，像二维数组一样。然后中控器中保存每一个缓冲区的地址。
这里看似deque好像挺优秀的，但是实际上deque的效率不高，用处并不是很大，因此我们只需要了解deque就可以了。
deque与vector和list的比较：
（1）优点：
①与vector比，deque的头部插入和删除，不需要挪动元素，效率高，而且在扩容时，也不需要挪动大量元素，因此效率较高。
②与list比，deque底层是连续的空间，空间利用率比较高，不需要存储额外字段。
（2）缺点：
deque介于vector和list之间，看似包含了vector和list的优点，但实际上不够极致。
如果需要大量遍历元素，那么deque需要频繁的去检测释放移动到某段小空间的边界，导致效率低下，不如vector。
如果需要进行很多次的插入删除操作，那么list也要比deque要效率高。
因此，在实际中，需要线性结构时，大多数优先考虑vector和list，deque的应用很少，目前的作用就是在STL中用其作为stack和queue的底层数据结构。
4.选择deque作为stack和queue的底层默认容器的原因
stack是一种后进先出的线性数据结构，因此只要支持尾插和尾删的线性结构都可以，vector和list都可以。
queue是先进先出的线性数据结构，需要进行尾插和头删，因此list比较合适一些。
stack和queue不需要遍历，并且只需要在两端进行操作，而且在元素增长后，扩容的效率高，因此正好可以结合deque的优点，避开了其缺陷。
因此使用deque作为stack和queue的默认底层数据结构。
二.stack
1.stack介绍
①stack是一种容器适配器，专门用在具有后进先出操作的环境中，其只能从容器的一端进行元素的插入与提取操作。②stack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、list、deque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。
2.stack使用
① stack() 构造空的栈
② empty() 检测stack是否为空
③ size() 返回stack中元素的个数
④ top() 返回栈顶元素的引用
⑤ push() 将元素val压入栈中
⑥ pop() 将栈中尾部的数据弹出
3.stack模拟实现
所有的接口都是通过其它容器的接口进行包装实现的。
namespace hb
{
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()
{
return _con.size();
}
bool empty()
{
return _con.empty();
}
private:
Container _con;
};
}三.queue
1.queue介绍
①队列是一种容器适配器，专门用于在FIFO(先进先出)的环境中，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。
2.queue使用
① queue() 构造空的队列
② empty() 判断队列是否为空
③ size() 返回队列中有效元素的个数
④ front() 返回队头元素的引用
⑤ back() 返回队尾元素的引用
⑥ push() 在队尾让元素val入队列
⑦ pop() 让队头元素处队列
3.queue模拟实现
namespace hb
{
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()
{
return _con.front();
}
const T& back()
{
return _con.back();
}
size_t size()
{
return _con.size();
}
bool empty()
{
return _con.empty();
}
private:
Container _con;
};
}四.priority_queue（优先级队列）
1.priority_queue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 priority_queue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。
2.priority_queue使用
priority_queue默认是大堆
① priority_queue() 构造空的优先级队列
② priority_queue(first, last) 通过迭代器区间构造优先级队列
③ empty() 判断优先级队列是否为空
④ top() 返回优先级队列堆顶元素，最大（最小）元素
⑤ push() 在优先级队列中插入元素
⑥ pop() 删除堆顶元素，最大（最小）元素
3.priority_queue模拟实现
priority_queue的模拟实现需要用到仿函数。
priority_queue默认是大堆，那如果我们想要小堆怎么办呢？
这里就需要用到仿函数了，我们如果想要小堆，需要这样传参：priority_queue<int, vector<int>, greater<int>> pq; greater就是一个仿函数。
因为我们不知道使用者想要用大堆，还是用小堆，那么就需要让使用者自己去选择，因此可以使用函数指针，但是函数指针很麻烦，所以就有了仿函数的概念。通过仿函数让使用者更简单的去实现函数指针的效果。仿函数就是一种运算符重载，是()的重载。但是一个仿函数是在一个类中的，并在这个类中去实现()运算符的重载。
下面的模拟实现就使用了仿函数，priority_queue默认是去调用less类，而当传greater<int>时就会去调用greater类。
sort排序函数也是通过仿函数来选择进行从大到小还是从小到大排序。（默认是从小到大），当写成 sort(v.begin(), v.end(), greater<int>()); 就是从大到小排序了。
这里我们注意一下，这里传的参数是greater<int>()，而priority_queue传的却是greater<int>，因为在优先级队列中，是作为类的模板参数传过去的，传过去的是类型；而sort是函数模板，是作为函数的参数，不需要传类型，是通过实参传给形参自动推导类型，所以传的是对象，因此为了简单，我们传的是匿名对象。
模拟实现priority_queue就是实现一个堆的过程，需要实现向上调整和向下调整函数。
因为不知道是要实现大堆还是小堆，所以通过仿函数创建的类对象去调用()运算符重载，这样就无需知道是大堆还是小堆，一旦需要进行大小比较的时候就会通过传来的参数去自动调用大堆（小堆）的()运算符重载函数来完成。
namespace hb
{
template<class T>
struct less
{
bool operator()(const T& x, const T& y) const
{
return x < y;
}
};
template <class T>
struct greater
{
bool operator()(const T& x, const T& y) const
{
return x > y;
}
};
template <class T, class Container = vector<T>, class Compare = less<T>>
class priority_queue
{
public:
void AdjustUp(int child)
{
Compare comFunc;
int parent = (child - 1) / 2;
while (child > 0)
{
if (comFunc(_con[parent], _con[child]))
{
swap(_con[parent], _con[child]);
child = parent;
parent = (child - 1) / 2;
}
else
{
break;
}
}
}
void push(const T& x)
{
_con.push_back(x);
AdjustUp(_con.size() - 1);
}
void AdjustDown(int parent)
{
Compare comFunc;
size_t child = parent * 2 + 1;
while (child < _con.size())
{
if (child + 1 < _con.size() && comFunc(_con[child], _con[child + 1]));
{
++child;
}
if (comFunc(_con[parent], _con[child]))
{
swap(_con[parent], _con[child]);
parent = child;
child = parent * 2 + 1;
}
else
{
break;
}
}
}
void pop()
{
assert(!_con.empty());
swap(_con[0], _con[_con.size() - 1]);
_con.pop_back();
AdjustDown(0);
}
const T& top()
{
return _con[0];
}
size_t size()
{
return _con.size();
}
bool empty()
{
return _con.empty();
}
private:
Container _con;
};
}
扫一扫
被折叠的 条评论
为什么被折叠?
到【灌水乐园】发言
