C++基础入门：_stack_queue 底层奥秘

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目录

1、stack的介绍和使用

[1.1 stack的介绍](#1.1 stack的介绍)

[1.2 stack的使用](#1.2 stack的使用)

[1.2.1 相关接口介绍](#1.2.1 相关接口介绍)

[1.2.2 最小栈](#1.2.2 最小栈)

[1.3 stack的模拟实现](#1.3 stack的模拟实现)

2、queue的介绍和使用

[2.1 queue的介绍](#2.1 queue的介绍)

[2.2 queue的使用](#2.2 queue的使用)

[2.2.1 相关接口介绍](#2.2.1 相关接口介绍)

[2.2.2 两个队列实现栈](#2.2.2 两个队列实现栈)

[2.3 queue的模拟实现](#2.3 queue的模拟实现)

3、priority_queue的介绍和使用

[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)

[3.2.1 相关接口介绍](#3.2.1 相关接口介绍)

[3.3 priority_queue模拟实现](#3.3 priority_queue模拟实现)

---

1、stack的介绍和使用

1.1 stack的介绍

stack的文档介绍

​

stack是C++提供的容器适配器，包装了底层容器，只提供了栈的操作（后进先出）。

​

1.2 stack的使用

1.2.1 相关接口介绍

|----------|----------|
| 函数说明 | 接口说明 |
| stack() | 制造空的栈 |
| empty() | 判空 |
| size() | 返回栈中元素个数 |
| top() | 返回栈顶元素 |
| push() | 将val压入栈中 |
| pop() | 将栈尾部元素弹出 |

1.2.2 最小栈

我们了解stack之后，可以来一道习题练习一下：最小栈

来看看题目描述：

我们读题，题目的意思是叫我们实现一个可以在常数时间内查找最小值的栈，其他功能和普通的栈一样，因此，我们可以在底层用两个栈来模拟实现。

class MinStack {
public:
    MinStack() 
    {}
    
    void push(int val) {
        _st.push(val);
        if(_minst.empty() || val <= _minst.top()) _minst.push(val);
    }
    
    void pop() {
        if(_st.top()==_minst.top()) _minst.pop();
        _st.pop();
    }
    
    int top() {
        return _st.top();
    }
    
    int getMin() {
        return _minst.top();
    }
private:
    stack<int> _st;
    stack<int> _minst;
};

如图，一个栈_st正常插入删除，另一个栈_minst存放最小值，_minst的栈顶元素就是最小值。

1.3 stack的模拟实现

利用适配器模式，我们可以通过vector来模拟实现一个stack。容器适配器（stack、queue、priority_queue）没有迭代器。

	// 适配器模式
	// Container适配转换出stack,容器适配器没有迭代器
	template<class T,class Container = vector<T>>
	class stack
	{
	public:
		void push(const T& x)
		{
			_con.push_back(x);
		}

		void pop()
		{
			// _con.pop_front();
			_con.pop_back();
		}

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

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

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

	private:
		Container _con;
	};

如图，我们通过调用Container（默认是vector）的接口来实现stack的功能。

2、queue的介绍和使用

2.1 queue的介绍

queue的文档介绍

如图，队列是一个先进先出的数据结构，queue本质也是一个容器适配器 ，通过封装已有的容器实现功能，只允许尾插 和头删。

2.2 queue的使用

2.2.1 相关接口介绍

|----------|-------------|
| 函数介绍 | 接口介绍 |
| empty | 判断队列是否为空 |
| size | 返回队列中有效元素个数 |
| front | 返回队列头元素 |
| back | 返回队列尾部元素 |
| push | 尾插 |
| pop | 头删 |

2.2.2 两个队列实现栈

我们通过习题来练习一下queue的使用：用队列实现栈

来看看题目介绍：

如图，题目要求我们用queue实现stack及其四种功能。

class MyStack {
public:
    queue<int> q1;
    //queue<int> q2;

    MyStack() { }
    
    void push(int x) {
        return q1.push(x);
    }
    
    int pop() {
        int i = q1.size()-1;
        while(i--)
        {
            int cnt = q1.front();
            q1.push(cnt);
            q1.pop();
        }
        int back = q1.front();
        q1.pop();
        return back;
    }
    
    int top() {
        return q1.back();
    }
    
    bool empty() {
        return q1.empty();
    }
};

如图，我们可以用一个队列实现栈。除了pop功能不同外，其他没有要注意的地方。

pop功能的实现 ：我们先取出前size-1个数据，再依次插入到队列中，最后再pop掉第一个元素（原本的最后一个元素），实现尾删。

2.3 queue的模拟实现

template<class T,class Container = deque<T>> // deque是vector和list的缝合怪
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() const
	{
		return _con.size();
	}

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

private:
	Container _con;
};

如上，由于queue支持头插和尾删，底层用list实现效率更高。

3、priority_queue的介绍和使用

3.1 priority_queue的介绍

priority_queue的介绍

1、优先级队列是一种容器适配器，根据严格弱排序 标准，它的第一个元素 总是它所包含的元素中最大的。

2、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、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

3.2 priority_queue的使用

3.2.1 相关接口介绍

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

|-----------|----------|
| 函数介绍 | 接口介绍 |
| empty | 判空 |
| size | 返回有效元素个数 |
| front | 返回头部元素 |
| push_back | 尾插 |
| pop_back | 尾删 |

3.3 priority_queue模拟实现

	template<class T>
	class Less
	{
	public:
		bool operator()(int x, int y)
		{
			return x < y;
		}
	};

	template<class T>
	class Greater
	{
	public:
		bool operator()(int x, int y)
		{
			return x > y;
		}
	};
	// 默认是大堆
	template<class T,class Container = vector<T>,class Compare = Less<T>>
	class priority_queue
	{
	public:
		void swap(T& a, T& b)
		{
			T tmp = a;
			a = b;
			b = tmp;
		}
		void AdjustUp(int 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 AdjustDown(int parent)
		{
			Compare com;
			// 先假设左孩子大
			int child = parent * 2 + 1;

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

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