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

1.2 stack的使用

1.2.1 相关接口介绍

1.2.2 最小栈

1.3 stack的模拟实现

2、queue的介绍和使用

2.1 queue的介绍

2.2 queue的使用

2.2.1 相关接口介绍

2.2.2 两个队列实现栈

2.3 queue的模拟实现

3、priority_queue的介绍和使用

3.1 priority_queue的介绍

3.2 priority_queue的使用

        3.2.1 相关接口介绍

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

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

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

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;
};