栈和队列
1. 前言
和C语言学习期间的学习顺序一样
顺序表,链表过了就是栈和队列
但是栈和队列非常特殊,它的内部结构
并不是靠自己实现的,而是一种适配器模式
本章重点:
2. 栈和队列的接口函数熟悉
栈的接口函数熟悉:
队列的接口函数熟悉:
在了解了接口函数后,可以尝试做几个题巩固
- 最小栈
- 栈的压入,弹出序列
- 逆波兰表达式求值
- 用两个栈实现队列
3. 适配器介绍
先看栈和队列的类模板:
我们发现第二个模板参数是:Container
并且它还有缺省值为 deque<T>
这里就直接引出一个概念: 适配器
一个比较经典的例子就是插头的适配器:
那么在数据结构栈中,这种适配器是什么呢?
我们在实现栈时不用再去写一个顺序表
而是直接调用库中的vector!
4. 栈和队列的模拟实现
栈的模拟实现要复用其他数据结构
所以在定义模板时要定义两个!
template<class T, class Container = deque<T>>
class Stack
{
//......
private:
Container _con;
}
我们和库中的缺省值保持一致,使用deque
这个容器我们后面会有所解释!
在此之后,只需要实现一些接口函数即可!
void push(const T& val)
{
_con.push_back(val);
}
void pop()
{
_con.pop_back();
}
T& top()//可读可写
{
return _con.back();
}
const T& top() const
{
return _con.back();
}
bool empty() const
{
return _con.empty();
}
size_t size() const
{
return _con.size();
}
注:函数中的push_back或back等
函数接口是调用适配器中的!如vector中的
5. deque的简单介绍
deque也是一个STL库中的容器
先来看看它的介绍:
接下来看看它的接口函数:
deque既有头插头删也有尾插尾删
这是意料之中,它也支持方括号[]
其实对于deque的了解到这里就差不多了
下面的内容属于拓展了解,有兴趣的可以看看
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，其底层结构如下图所示：
deque扩容是直接另外开辟一份空间
再让中控数组指向新开辟的空间
再将原先空间的内容拷贝至新空间
注意它有一个中控数组的概念!
6. 优先级队列深度剖析
优先级队列的英文是: priority_queue
它也是一个容量适配器,文档的大致翻译:
优先级队列默认是大堆!
并且它的底层适配器默认是vector
优先级队列的接口函数熟悉:
注:如果你想使用小堆,就要将前两个
模板参数实例化后才能实例化第三个
当less变成greater时,就是小堆
7. 优先级队列的模拟实现
在学习仿函数之前,先实现无仿函数版本:
基本结构和框架:
template<class T, class Container = vector<T>>
class Priority_queue
{
public:
//成员函数
private:
Container _con;//此容器可能是vector可能是deque
};
由于优先级队列是"富二代",所以
构造,析构和拷贝构造都可以忽略不写
优先级队列的插入和删除操作:
向上调整:
void AdjustUp(int* a, int child)
{
int parent = (child - 1) / 2;
while (child > 0)
{
if (a[child] > a[parent])
{
swap(&a[child], &a[parent]);
child = parent;
parent = (child - 1) / 2;
}
else
{
break;
}
}
}
向下调整:
void AdjustDown(int* a, int n, int parent)
{
int child = parent * 2 + 1;
while (child < n)
{
if (a[child+1] < a[child] && child + 1 < n)
{
child++;
}
if (a[child] < a[parent])
{
swap(&a[child], &a[parent]);
parent = child;
child = parent * 2 + 1;
}
else
{
break;
}
}
}
这两个操作在学习堆时就已经实现过了,老朋友了
详情可看: 堆以及topk问题
优先级队列的插入和删除
void push(const T& val)//堆的插入
{
_con.push_back(val);
adjust_up(_con.size() - 1);
}
void pop()//堆的删除
{
std::swap(_con[0], _con[_con.size() - 1]);
_con.pop_back();
adjust_down(0);
}
优先级队列模拟实现全部代码
8. 总结以及拓展
其实我们可以感受到,有了前面STL
容器的学习,现在学习栈和队列要轻松许多
不仅是模拟实现上可以复用以前的容器
连使用方法和函数接口都和之前一样
这就是C++STL的魅力所在!
拓展阅读:
对于deque我们还有很多未知的地方
比如它的扩容是怎样完成的?是否是缩容?
deque是如何支持随机访问的?deque的缺陷?
有兴趣的老铁可以阅读下面这篇文章:
deque深度剖析