C++STL初阶(12):stack和queue的初阶实现

1. stack的选型

对于栈的实现是我们非常熟悉的过程:

C语言基础数据结构------栈和队列_栈和队列 插入取出数据-CSDN博客

_top表示下标,_capacity表示空间大小:

那么按照我们原来的思路,利用_top和_capacity T*来给stack构形。

cpp 复制代码
template<typename T>
class stack {
public:
private:
	T* _arr;
	int _top;
	int _capacity;
};

如果只是按照c语言的思路来实现一个T*的多接口数组就显得有些重复了。


2. 容器适配器

2.1设计模式

设计模式就像兵法一样,不是直接拿着刀就上去看(早期的代码都会相对无序),而是要讲究套路和方法的,要注重++可维护性++。只完成了功能的要求,但是在后期如果要debug或者打补丁就很麻烦。现在的设计模式有23种。

我们现在已经或多或少接触了两种设计模式,一种是迭代器模式,一种是适配器模式。

比如迭代器模式:

容器适配器一般都没有iterator,因为iterator的出现会改变其最本质的访问方式。

2.2适配器

适配器是一种用于转换的装置:

适配器:适配器的功能就是转换

比如电源适配器。高压线中的电变压到220v的生活用电也需要电源适配器,220v通过充电线变成给手机的几伏充电线也需要电源适配器。

那什么是容器适配器呢?

栈就是容器适配器,队列也是容器适配器。

我们可以自己手搓数组来实现各个接口。那既然要如上文的C语言思路一样使用数组,为什么不直接用vector呢?

既然能用vector去适配一个栈出来,那为什么不能用list去适配一个栈出来呢?如下:

cpp 复制代码
template<typename T>
class stack{
public:
private:
      list<T> _st;
};

或者

cpp 复制代码
template<typename T>
class stack{
public:
private:
      vector<T> _st;
};

vector和list中都肯定包含push_back pop_back back front这些函数

直接去套用即可。那么我如果两个容器都想使用呢?实现两个非常接近的容器适配器吗?

显然不是,我们直接在模版处传入我们想使用的容器。


3.代码实现

直接在template处多写一个typename方便传容器类型。

如果传入的容器不能使用push_back,说明这个容器不能用于适配,报错即可。

模版参数就像函数参数一样,也可以给缺省值。

比如我们此处就默认stack是包装vector实现的。

cpp 复制代码
template<typename T,typename Container = vector<int>>
class stack {
public:
	void push(const T& x) {
		_st.push_back(x);
	}
	void pop() {
		_st.pop_back();
	}
	T& top() {
		return _st.back();
	}
	const T& top() const {
		return _st.back();
	}
	bool empty() {
		return _st.empty();
	}
	size_t size() {
		return _st.size();
	}
 private:
	Container _st;
 };

就可以直接像正常的vector那样使用了。

或者用list去作为适配的容器:


再用代码来实现queue

queue适合用vector作为容器来适配吗?

在stack中的插入删除都在尾部(栈顶)进行,vector恰好在尾部进行操作比较简单,比较吻合。

而queue既需要在尾部操作,又需要在头部操作,所对于vector这种头插头删时间复杂度都是O(n)的容器来说就不是非常合适。因此我们认为vector不能用于适配

这是用vector实现的方法:

但是代价太大了。

所以我们将queue按照list和deque作为可适配的容器实现:

cpp 复制代码
template<typename T,typename Container = list<int>>
class queue {
public:
 void push(const T& x) {
	 _q.push_back(x);
 }
 void pop() {
	 _q.pop_front();
 }
 bool empty() {
	return  _q.empty();
 }
 T& front() {
	 return _q.front();
 }
 const T& front() const {
	 return _q.front();
 }
 T& back() {
	 return _q.back();
 }
 const T& back() const {
	 return _q.back();
 }
 size_t size() {
	 return _q.size();
 }
private:
 Container _q;
};

测试:


4. 初识deque(双端队列)

list可以头插头删和尾差尾删

vector支持尾差尾删和方括号访问(当然头插头删可以通过insert和erase实现,但是时间复杂度较高)

deque就是list和vector的结合体

那是不是用deque来实现stack和queue的适配更方便呢?

底层结构天差地别,但是实际使用效果似乎都不错。

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