【C++】stack和queue

文章目录

[1. stack](#1. stack)
- 1.1stack介绍
- [1.2 stack的使用](#1.2 stack的使用)
- 1.3模拟实现
2.queue
- [2.1 queue的介绍](#2.1 queue的介绍)
- [2.2 queue的使用](#2.2 queue的使用)
- 2.3queue的模拟实现
3.priority_queue
- [3.1 priority_queue的介绍](#3.1 priority_queue的介绍)
- [3.2 priority_queue的使用](#3.2 priority_queue的使用)
- 3.3模拟实现priority_queue

1. stack

1.1stack介绍

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。

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。

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

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。

1.2 stack的使用

1.3模拟实现

这里vector作为容器来模拟实现stack。

cpp 复制代码

#pragma once
#include<vector>
#include<list>

namespace bit
{
	template<class T,class container=vector<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;
	};
}

2.queue

2.1 queue的介绍

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。

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。

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

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。

2.2 queue的使用

2.3queue的模拟实现

以双端队列为容器模拟实现queue。

cpp 复制代码

template<class T, class Container = deque<T>>
	class queue
	{
	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& front()
		{
			return _con.front();
		}

		const T& back()
		{
			return _con.back();
		}


	private:
		_con Container;
	};

3.priority_queue

3.1 priority_queue的介绍

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。

此上下文类似于堆，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)。

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。

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删除容器尾部元素

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。

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。

3.2 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

3.3模拟实现priority_queue

默认容器为vector，less为仿函数，控制打印为升序。priority_queue为大堆，大堆要模拟实现就得实现向下和向上调整。

cpp 复制代码

template<class T>
class less
{
public:
	bool operator()(const T& x, const T& y)
	{
		return x < y;
	}
};
template<class T,class Container=vector<int>,class Compare=less<T>>
class priority_queue
{
public:
	void adjust_up(szie_t child)
	{
		Compare com;
		int parent = (child - 1) / 2;
		while (child > 0)
		{
			if (com(_con[parent], _con[child]))
			{
				swap(_con[child], _con[parent]);
				child = parent;
				parent = (child - 1) / 2;
			}
			else
			{
				break;
			}
		}
	}

	void push(const T& x)
	{
		_con.push_back(x);
		adjust_up(_con.size() - 1);
	}

	void adjust_down(size_t parent)
	{
		Compare com;
		size_t child = parent * 2 + 1;
		while (child < _con.size())
		{
			if (child + 1 < _con.size() && _con(_con[child], _con[child + 1]))
			{
				++child;
			}
			if (_con[parent], _con[child])
			{
				swap(_con[child], _con[parent]);
				parent = child;
				child = parent * 2 + 1;
			}
			else
			{
				break;
			}

		}	
	}

	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;
};