c++的STL(8) -- queue

queue容器概述

  • queue容器实现了实现了和队列相同结构的容器。

如图,队列这种结构有两端: 队首和队尾。 对于队列,我们添加数据只能从队尾添加,删除数据只能从队首删除。是一种先进先出的结构。 -- 当然读取数据也只能从队首或者队尾读取。

queue容器的实现

queue也是一个模板类:

template <class _Ty, class _Container = deque<_Ty>> class queue{}

上面就是其模板的类型参数,很明显,它接受两个参数,一个是其存储数据的类型,一个则是一个容器类型。

为什么要接受一个容器类型呢?

因为queue容器其实是在我们之前学习的deque,list容器的基础上,实现了其它的功能,其内部存储数据还是使用这三个容器(其内部定义了容器的对象)。

为什么要这么做呢?

因为,我们之前学习过的容器功能已经很强大了,但是在某些场景下它们的功能可能并不适用,但是重新开发新的容器也并不高效。

所以我们可以根据我们已有的容器,通过相应的封装和组合,实现对应的功能。

queue就是这样的一个容器,它在deque,list这三个容器的基础之上进行了封装,实现了符合栈结构的容器。(基于这种原理,我们也可以实现我们自己的容器) -- 对于queue而言这两个容器为基础容器。

queue中的函数

成员函数 功能
empty() 如果 queue 中没有元素的话,返回 true。
size() 返回 queue 中元素的个数。
front() 返回 queue 中第一个元素的引用。如果 queue 是常量,就返回一个常引用;如果 queue 为空,返回值是未定义的。
back() 返回 queue 中最后一个元素的引用。如果 queue 是常量,就返回一个常引用;如果 queue 为空,返回值是未定义的。
push(const T& obj) 在 queue 的尾部添加一个元素的副本。这是通过调用底层容器的成员函数 push_back() 来完成的。
emplace() 在 queue 的尾部直接添加一个元素。
push(T&& obj) 以移动的方式在 queue 的尾部添加元素。这是通过调用底层容器的具有右值引用参数的成员函数 push_back() 来完成的。
pop() 删除 queue 中的第一个元素。
swap(queue<T> &other_queue) 将两个 queue 容器适配器中的元素进行互换,需要注意的是,进行互换的 2 个 queue 容器适配器中存储的元素类型以及底层采用的基础容器类型,都必须相同。
[表 queue容器适配器支持的成员函数]

注意: 我们前面说到,理论上deque可以使用vector,list,deque三个容器存储数据,但是具体情况还需要根据queue所要实现的功能来定。(就是看实现queue所需要的功能时用到的函数容器支不支持)

对与queue,只要容器支持 front()、back()、push_back()、pop_front()、empty() 和 size()这 6个成员函数就可以作为queue第二个模板类型参数。 -- 因为queue是一个先进先出的结构,并且访问元素也只能访问队首和队尾的元素。

queue需要基础容器支持pop_front(); 所以vector容器是不能作为queue的基础容器的,因为它不支持此函数。

1. 创建queue对象

创建一个不包含任何参数的对象

queue<int> q1; // 创建了一个存储int数据的queue对象, 如果我们不传入第二个类型参数,那么默认使用deque作为queue的 基础容器。

指定queue容器的基础容器

我们可以通过类型参数的第二个参数指定queue的基础容器,但是只能使用list,deque这两个容器中的一个。

queue<int,list<int>> q1; // 创建q1,我们指定了list容器作为queue容器的基础容器。

注意: 除去默认情况(使用deque容器为默认情况),我们要使用其它容器作为queue容器的基础容器,需要导入对应容器的头文件。

还有,虽然我们可以指定基础容器,但是默认的基础容器的效率是最高的。

比如: 使用list为基础容器,需要导入list头文件

#include <list>

#inlcude <queue>

queue<int,list<int>> q1;

使用基础容器初始化stack容器。

注意: 使用基础容器初始化queu容器,必须保证使用的基础容器和queu内部的基础容器是相同的。

deque<int> d1{ 1,2,3,4,5 };

// 使用别的容器初始化

queue<int> q1(d1); // 使用deque容器的数据初始化queue,此时queue的基础容器应该为deque(也就是默认情况)。

list<int> l1{ 1,2,3,4,5 };

// 使用别的容器初始化

queue<int,list<int>> q1(l1); // 使用list容器的数据初始化queue,此时queue的容器应该为vector。

使用别的stack容器给stack初始化

list<int> l1{ 1,2,3,4,5 };

// 使用别的容器初始化

queue<int,list<int>> q1(l1);

queue<int, list<int>> q2(q1); // 方式1: 使用s1初始化s2

queue<int, list<int>> q3 = s1; // 方式2: 使用s1初始化s3

2. queue容器中的函数

  • push(elem)

用于在队尾插入元素 ,函数内部其实是调用基础容器的push_back()方法在其尾部添加一个元素。// 因为队尾元素是最后位置的元素,所以对于基础容器就是在尾部添加数据。

  • pop() -- 无需参数

用于在队首删除元素, 函数内部其实是调用基础容器的pop_front()方法在其尾部添加一个元素。// 因为队首元素是最前面位置的元素,所以对于基础容器就是在首部删除数据。

  • 其余函数

其余函数和上面函数是一样的,都是通过调用内部基础容器的相应函数来实现功能,但是其用法和基础容器对应函数的用法是一样的,所以就不再说明了。

queue没有迭代器

因为queue结构的原因,删除元素我们只能在对首删除,添加元素我们只能在队尾添加,查询元素也只能查询队首和队尾的元素,要想查询别的元素就需要将前面的元素出队,让查询的元素作为队首,我们才能查询到对应的元素。

在这种场景下,是不需要迭代器的,使用迭代器的话要想访问别的数据,就不一定需要出队了。 而使用迭代器,可以直接访问任意位置的元素,就会破坏这种结构。

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