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【C++初阶10-stack&queue】STL中的栈和队列(附优先级队列
前言
本期分享:STL中的栈和队列。
在数据结构初阶时,我们已经学习这来那个两种数据结构,如今来看STL中的,不过是更加标准化。而实现起来,会简单得超乎你想象!
文中不足错漏之处望请斧正!
stack & queue
STL中的栈和队列是容器适配器。容器适配器是对某种已有容器的再次封装。
比如栈的结构,需要尾部操作,可以对vector再次封装来得到栈;队列需要头尾操作,可以对list再次封装来得到队列。
stack
认识
后进先出的容器适配器。(用deque作为底层容器)
template <class T, class Container = deque<T> > class stack;
实现
STL中用到了一个新的数据结构deque作为stack的底层容器,我们下文会稍作了解。但我们这里直接用一下vector实现,助于了解学习即可。
template <class T, class Container = vector<T>>
class Stack
{
public:
void Push(T val) { _con.push_back(val);}
void Pop() { _con.pop_back();}
T& Back() { return _con.back();}
bool Empty() { return _con.empty();}
size_t Size() { return _con.size();}
private:
Container _con;
};
queue
认识
先进先出的容器适配器。(用deque作为底层容器)
template <class T, class Container = deque<T> > class queue;
实现
到这里,我们又发现deque的存在了,deque我不认识,但是我们可以推理:既然它可以同时用于栈和队列,那么他头尾操作效率一定不低。但是为什么要用deque?栈和队列可以用同一种容器来适配。
template <class T, class Container = list<T>>
class Queue
{
public:
void Push(T val) { _con.push_back(val);}
void Pop() { _con.pop_front();}
T& Front() { return _con.front();}
T& Back() { return _con.back();}
bool Empty() { return _con.empty();}
size_t Size() { return _con.size();}
private:
Container _con;
};
没有迭代器?
他俩的出入规则不符合迭代器的用法。
deque
deque(Double-Ended Queue)是一种双端队列。
template < class T, class Alloc = allocator<T> > class deque;
接口
- push_back 和 push_front
- pop_back 和 pop_front
- insert 和 erase
- operator[]
- …
结构
deque的内部实现使用了一块分段连续的存储空间。有一个指针数组起到中央控制的作用,每个指针指向一段连续空间。
这样的结构便于在任意位置进行插入和删除操作,不需要移动被删除元素后面的所有元素。
由于空间连续,deque也能提高缓存命中率。
虽然deque支持随机访问,但因为deque 的元素不一定是连续的,对于大量随机访问的情况下,效率可能会比数组低。
优缺点
啥都能做,但啥都差点。
随机访问,中间插入和删除是痛点。
排序开销极大(结构劣势)。
适合做stack和queue的默认适配容器(没有中间操作)。
优先级队列
优先级高的先出的队列。底层其实是堆。
template <
class T,
class Container = vector<T>,
class Compare = less<typename Container::value_type>
> class priority_queue;
看到优先级,很容易让人想起堆。是的,默认容器为vector,也是因为堆的结构是完全二叉树,适合用vector存储。而Compare,用于比较的仿函数,决定了优先级如何确定。
实现
template<class T>
struct Less
{
bool operator()(const T& e1, const T& e2) { return e1 < e2;}
};
template<class T>
struct Greater
{
bool operator()(const T& e1, const T& e2) { return e1 > e2;}
};
//默认大堆
template <class T, class Container = vector<T>, class Compare = Less<T>>
class PriorityQueue
{
public:
PriorityQueue() {}
void Push(T val)
{
_con.push_back(val);
AdjustUp(_con.size()-1);
}
void Pop()
{
_con[0] = _con.back();
_con.pop_back();
AdjustDown(0);
}
T Top() { return _con[0];}
bool Empty() { return _con.empty();}
size_t Size() { return _con.size();}
private:
void AdjustUp(int child)
{
int parent = (child - 1) / 2;
while(child > 0)
{
if(Compare()(_con[parent], _con[child]))
{
swap(_con[parent], _con[child]);
child = parent;
parent = (child - 1) / 2;
}
else break;
}
}
void AdjustDown(int parent)
{
int child = parent * 2 + 1;
while(child < _con.size())
{
if(child+1 < _con.size() && Compare()(_con[child], _con[child+1])) ++child;
if(Compare()(_con[parent], _con[child]))
{
swap(_con[parent], _con[child]);
parent = child;
child = parent * 2 + 1;
}
else break;
}
}
private:
Container _con;
};
今天的分享就到这里了,感谢您能看到这里。
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