C++:模拟stack、queue

目录

容器适配器

定义

特点

deque

deque的优势与缺点

选择deque作为stack和queue的底层默认容器的原因

模拟实现stack

模拟实现queue


容器适配器

定义

在C++标准模板库(STL)中,容器适配器(Container Adapters) 是一种特殊的容器,它们没有自己的数据结构 ,而是对现有容器(string、vector、list、deque等)的接口进行封装,从而提供不同功能的接口。

容器适配器通常用来提供与标准容器不同的接口,或者提供额外的功能。

常用的容器适配器

1.栈(stack)

  • 提供先进先出(LIFO)的数据结构。
  • 通常基于deque、list或vector实现。
  • 提供 push()、pop()top()empty() 等操作。

2.队列(queue)

  • 提供先进先出(FIFO)的数据结构。
  • 通常基于 dequelist 实现。
  • 提供 push()pop()front()back()empty() 等操作。

3.优先队列(priority_queue)

  • 提供一个最大值总是在顶部的队列(其实就是堆,默认情况是大堆)。
  • 通常基于 vector 实现,使用堆排序。
  • 提供 push()pop()top()empty() 等操作。

特点

  • 轻量级 :容器适配器不包含复杂的数据结构,它们通常只包含一个指向底层容器的指针
  • 易用性:容器适配器提供简单直观的接口,易于理解和使用。
  • 灵活性:可以通过改变底层容器的类型来调整容器适配器的性能和功能。
  • 可扩展性:用户可以自定义比较函数或分配器,以适应特定的需求。

deque

标准模板库里stack和queue是对deque进行封装的,所以我们先来认识下deque。

deque其实就是双端队列 ,是一种双开口"连续"空间的数据结构 ,它提供了在队列的两端快速插入和删除元素的能力,其时间复杂度为O(1)。

关键特性

1.deque的大小可以动态变化,根据需要自动调整。

2.支持随机访问

3.在两端进行操作提供push_front()push_back()和pop_front()pop_back()操作

4.内存效率比vector高 ,因为可以在两端分配不同大小的内存块,减少空间浪费。

5.提供了迭代器,允许使用迭代器遍历容器中的元素。

deque其实并不是真正的连续空间,而是由一段段连续的小空间拼接而成,类似于一个动态的二维数组。

双端队列是一段特殊的连续空间,它不是真正连续的,实际上是分段连续的,为了维护其"整体连续"以及随机访问,就落在了deque的迭代器上,它的设计比较复杂。

deque的优势与缺点

与vector比较 ,deque的优势是,头部插入删除时,不需要移动元素,效率高,扩容时也不需要搬移大量元素,总的来说效率要比vector高。

与list比较其底层是连续空间,空间利用率比较高,不需要存储额外字段。

deque的缺陷不适合遍历,因为在遍历时,deque的迭代器要频繁检查其是否移动到小空间的边界,效率低下。 实际上,需要线性结构时,大多数情况优先考虑vector和list,deque的应用不多,其中一个就是,STL将其作为stack和queue的底层数据结构。

选择deque作为stack和queue的底层默认容器的原因

1.stack和queue不需要遍历 (因此stack和queue没有迭代器),只需要在固定的一端或者两端进行操作。

  1. stack中元素增长时deque比vector的效率高(扩容时不需要搬移大量数据)queue中的元素增长时deque不仅效率高 ,而且内存使用率高

简单来说,deque作为底层默认容器结合了其优点而又完美避开了其缺陷,所以我们模拟实现迭代器使用deque作为其底层容器。

模拟实现stack

cpp 复制代码
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();
	}

	int size() const
	{
		return _con.size();
	}
	
	bool empty() const
	{
		return _con.empty();
	}

private:
	Container _con;
};

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();
	}

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

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

	int size() const
	{
		return _con.size();
	}

	bool empty() const
	{
		return _con.empty();
	}

private:
	Container _con;
};

拜拜,下期再见😏

摸鱼ing😴✨🎞

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