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本文主要介绍了stack和queue（stack的介绍和使用、queue的介绍和使用、priority_queue的介绍和使用、容器适配器、仿函数、deque的简单介绍），内容全由作者原创（无AI），并带有配图帮助博友们更好的理解，点个关注不迷路，下面进入正文~~
目录
1. stack的介绍和使用
1.1 stack的介绍
1.2 stack的使用
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
2.3 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
3.3 在OJ中的使用
3.4 priority_queue的模拟实现
4. 容器适配器
4.1 什么是适配器
4.2 STL标准库中stack和queue的底层结构
4.3 deque的简单介绍(了解）
4.3.1 deque的原理介绍
4.3.2 deque的缺陷
4.4 为什么选择deque作为stack和queue的底层默认容器
结语：
1. stack的介绍和使用
1.1 stack的介绍
stack的文档介绍
1.2 stack的使用
stack的使用相对于前面学过的容器会简单很多。
| 函数说明 | 接口说明 |
| stack() | 构造空的栈 |
| empty() | 检测stack是否为空 |
| size() | 返回stack中元素的个数 |
| top() | 返回栈顶元素的引用 |
| push() | 将元素val压入stack中 |
| pop() | 将stack中尾部的元素弹出 |
下面我们小试牛刀一下： 最小栈
class MinStack {
public:
MinStack()
{}
void push(int value)
{
_st.push(value);
if(_minst.empty()||value<=_minst.top())
{
_minst.push(value);
}
}
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;
};
栈的弹出压入序列
class Solution {
public:
/**
* 代码中的类名、方法名、参数名已经指定，请勿修改，直接返回方法规定的值即可
*
*
* @param pushV int整型vector
* @param popV int整型vector
* @return bool布尔型
*/
bool IsPopOrder(vector<int>& pushV, vector<int>& popV) {
// write code here
size_t popi = 0;
stack<int> st;
for(auto e:pushV)
{
st.push(e);
while(!st.empty()&&st.top()==popV[popi])
{
st.pop();
popi++;
}
}
return st.empty();
}
};
1.3 stack的模拟实现
#pragma once
#include<deque>
using namespace std;
namespace cyh
{
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() const
{
return _con.front();
}
const T& back() const
{
return _con.back();
}
size_t size() const
{
return _con.size();
}
bool empty() const
{
return size() == 0;
}
private:
Container _con;
};
}
2. queue的介绍和使用
2.1 queue的介绍
queue的文档介绍
这里需要留意的是queue不再作为一种容器，而是变成了一种容器适配器，那具体容器适配器是什么后面会有讲到。
2.2 queue的使用
| 函数声明 | 接口说明 |
| queue() | 构造空的队列 |
| empty() | 检测队列是否为空，是返回true，否则返回false |
| 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() | 在队尾将元素val入队列 |
| pop() | 将队头元素出队列 |
2.3 queue的模拟实现
因为queue的接口中存在头删和尾插，因此使用vector来封装效率太低，故可以借助list来模拟实 现queue，具体如下：
#pragma once
#include<deque>
#include<list>
using namespace std;
namespace cyh
{
template<class T, class Container = list<T>>
class queue
{
public:
void push(const T& x)
{
_con.push_back(x);
}
void pop()
{
_con.pop_front();
}
const T& front() const
{
return _con.front();
}
const T& back() const
{
return _con.back();
}
size_t size() const
{
return _con.size();
}
bool empty() const
{
return size() == 0;
}
private:
Container _con;
};
}
3.priority_queue的介绍和使用
3.1 priority_queue的介绍
priority_queue文档介绍
同样需要注意的是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。
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。
3.2 priority_queue的使用
| 函数声明 | 接口说明 |
| priority_queue()/priority_queue(first, last) | 构造一个空的优先级队列 |
| empty( ) | 检测优先级队列是否为空，是返回true，否则返回false |
| top( ) | 返回优先级队列中最大(最小元素)，即堆顶元素 |
| push(x) | 在优先级队列中插入元素x |
| pop() | 删除优先级队列中最大(最小)元素，即堆顶元素 |
注意： 1.默认情况下，priority_queue是大堆。
那如果我想建立一个小堆要怎么做呢？ 这个时候需要引入一个名叫仿函数的概念。仿函数：本质是一个类，这个类重载operator(),他的对象可以像函数一样使用，并且这个类没有成员变量。 本质上就修改了（）的作用，通过传入不同的仿函数，让（）实现大于或小于的功能。
仿函数的模拟实现如下：
template<class T>
class Less
{
public:
bool operator()(const T& x, const T& y)
{
return x < y;
}
};
template<class T>
class Greater
{
public:
bool operator()(const T& x, const T& y)
{
return x > y;
}
};
如果要创建小堆，将第三个模板参数换成greater比较方式 priority_queue<int , vector<int>, greater> q2(v.begin(), v.end());
2. 如果在priority_queue中放自定义类型的数据，用户需要在自定义类型中提供> 或者< 的重载。其原因是自定义类型数据大小的比较是不确定的，需要用户自己实现。
3.3 在OJ中的使用
数组中第K个大的元素
class Solution {
public:
int findKthLargest(vector<int>& nums, int k) {
priority_queue<int> pq(nums.begin(),nums.end());
for(int i=0;i<k-1;i++)
{
pq.pop();
}
return pq.top();
}
};
3.4 priority_queue的模拟实现
#pragma once
#include<vector>
using namespace std;
template<class T>
class Less
{
public:
bool operator()(const T& x, const T& y)
{
return x < y;
}
};
template<class T>
class Greater
{
public:
bool operator()(const T& x, const T& y)
{
return x > y;
}
};
namespace cyh
{
template<class T, class Container = vector<T>, class Compare = Less<T>>
class priority_queue
{
public:
void AdjustUp(size_t child)
{
Compare com;
size_t parent = (child – 1) / 2;
while (child > 0)
{
if (com(_con[parent], _con[child]))
{
swap(_con[parent], _con[child]);
child = parent;
parent = (child – 1) / 2;
}
else
{
break;
}
}
}
void push(const T& x)
{
_con.push_back(x);
AdjustUp(_con.size() – 1);
}
void AdjustDown(size_t parent)
{
Compare com;
size_t child = parent * 2 + 1;
while (child < _con.size())
{
if ((child + 1) < _con.size() && com(_con[child], _con[child + 1]) )
{
child++;
}
if (com(_con[parent], _con[child]))
{
swap(_con[parent], _con[child]);
parent = child;
child = parent * 2 + 1;
}
else
{
break;
}
}
}
void pop()
{
swap(_con[0], _con[_con.size() – 1]);
_con.pop_back();
AdjustDown(0);
}
const T& top() const
{
return _con[0];
}
size_t size() const
{
return _con.size();
}
bool empty() const
{
return _con.empty();
}
private:
Container _con;
};
}
4. 容器适配器
4.1 什么是适配器
适配器是一种设计模式(设计模式是一套被反复使用的、多数人知晓的、经过分类编目的、代码设 计经验的总结)，该种模式是将一个类的接口转换成客户希望的另外一个接口。
4.2 STL标准库中stack和queue的底层结构
虽然stack和queue中也可以存放元素，但在STL中并没有将其划分在容器的行列，而是将其称为 容器适配器，这是因为stack和队列只是对其他容器的接口进行了包装，STL中stack和queue默认 使用deque，像这些依赖底层容器实现的，我们称之为容器适配器，比如：
在这里出现了一个新的名字->deque，那deque是什么呢？
4.3 deque的简单介绍(了解）
我们先回顾一下vector和list的优缺点
vector 优点: 1、尾插尾删效率不错，支持高效下标随机访问 2、物理空间连续，所以高速缓存利用率高 缺点: 1、空间需要扩容，扩容有一些代价（效率和空间浪费) 2、头部和中间插入删除效率低
list 优点: 1、按需申请释放空间，不需要扩容 2、任意位置插入删除 缺点： 1、不支持下标随机访问
vector和list都要不可忽略的硬伤，那有没有既能保持vector和list的优点又没有vector和list缺点的容器？因此，vector和list的缝合怪deque就诞生了。
4.3.1 deque的原理介绍
deque(双端队列)：是一种双开口的"连续"空间的数据结构，双开口的含义是：可以在头尾两端进行插入和删除操作，且时间复杂度为O(1)，与vector比较，头插效率高，不需要搬移元素；与list比较，空间利用率比较高。
deque并不是真正连续的空间，而是由一段段连续的小空间拼接而成的，实际deque类似于一个动态的二维数组
双端队列底层是一段假象的连续空间，实际是分段连续的，为了维护其“整体连续”以及随机访问的假象，落在了deque的迭代器身上，因此deque的迭代器设计就比较复杂
4.3.2 deque的缺陷
与vector比较，deque的优势是：头部插入和删除时，不需要搬移元素，效率特别高，而且在扩容时，也不需要搬移大量的元素，因此其效率是必vector高的。
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。
但是，deque有一个致命缺陷：不适合遍历，因为在遍历时，deque的迭代器要频繁的去检测其是否移动到某段小空间的边界，导致效率低下，而序列式场景中，可能需要经常遍历，因此在实际中，需要线性结构时，大多数情况下优先考虑vector和list，deque的应用并不多，而目前能看到的一个应用就是，STL用其作为stack和queue的底层数据结构。
下面这个代码比较了deque和vector的比较效率：
void test_op1()
{
srand(time(0));
const int N = 1000000;
deque<int> dq;
vector<int> v;
for (int i = 0; i < N; ++i)
{
auto e = rand() + i;
v.push_back(e);
dq.push_back(e);
}
int begin1 = clock();
sort(v.begin(), v.end());
int end1 = clock();
int begin2 = clock();
sort(dq.begin(), dq.end());
int end2 = clock();
printf("vector:%d\\n", end1 – begin1);
printf("deque:%d\\n", end2 – begin2);
}
void test_op2()
{
srand(time(0));
const int N = 1000000;
deque<int> dq1;
deque<int> dq2;
for (int i = 0; i < N; ++i)
{
auto e = rand() + i;
dq1.push_back(e);
dq2.push_back(e);
}
int begin1 = clock();
sort(dq1.begin(), dq1.end());
int end1 = clock();
int begin2 = clock();
// 拷贝到vector
vector<int> v(dq2.begin(), dq2.end());
sort(v.begin(), v.end());
dq2.assign(v.begin(), v.end());
int end2 = clock();
printf("deque sort:%d\\n", end1 – begin1);
printf("deque copy vector sort, copy back deque:%d\\n", end2 – begin2);
}
我们可以发现vector的排序效率比deque高得多。
4.4 为什么选择deque作为stack和queue的底层默认容器
stack是一种后进先出的特殊线性数据结构，因此只要具有push_back()和pop_back()操作的线性结构，都可以作为stack的底层容器，比如vector和list都可以；queue是先进先出的特殊线性数据结构，只要具有push_back和pop_front操作的线性结构，都可以作为queue的底层容器，比如list。但是STL中对stack和queue默认选择deque作为其底层容器，主要是因为：
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。
2. 在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
结合了deque的优点，而完美的避开了其缺陷
结语：
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