C++初阶：stack和queue使用及模拟实现

stack的介绍和使用

stack的介绍

堆栈 - C++ 参考 (cplusplus.com)

样例：

void test_stack1()
{
	//bit::stack<int, list<int>> st;
	//bit::stack<int, vector<int>> st;
	bit::stack<int> st;
	st.push(1);
	st.push(2);
	st.push(3);
	st.push(4);
 
	while (!st.empty())
	{
		cout << st.top() << " ";
		st.pop();
	}
	cout << endl;
}

 stack的模拟实现

#include
namespace bite
{
 template<class T>
 class stack
 {
 public:
 stack() {}
 void push(const T& x) {_c.push_back(x);}
 void pop() {_c.pop_back();}
 T& top() {return _c.back();}
 const T& top()const {return _c.back();}
 size_t size()const {return _c.size();}
 bool empty()const {return _c.empty();}
 private:
 std::vector _c;
 };
}

queue的介绍和使用

queue的介绍

队列 - C++ 参考 (cplusplus.com)

queue的使用

 queue的模拟实现

#include 
namespace bite
{
 template<class T>
 class queue
 {
 public:
 queue() {}
 void push(const T& x) {_c.push_back(x);}
 void pop() {_c.pop_front();}
 T& back() {return _c.back();}
 const T& back()const {return _c.back();}
 T& front() {return _c.front();}
 const T& front()const {return _c.front();}
 size_t size()const {return _c.size();}
 bool empty()const {return _c.empty();}
 private:
 std::list _c;
 };
}

容器适配器

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 。

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 ，比如：

 deque的简单介绍(了解)

deque的原理介绍

那deque是如何借助其迭代器维护其假想连续的结构呢？

 deque的缺陷

#include<iostream>
using namespace std;
 
#include<stack>
#include<deque>
#include<algorithm>
 
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());//排序涉及到遍历数组
	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);
}
 
 
结果：
vector:1810
deque:7265

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。

总结：

STL标准库中对于stack和queue的模拟实现

 stack的模拟实现

#include<deque>
namespace bit
{
template<class T, class Con = deque<T>>
 //template<class T, class Con = vector<T>>
 //template<class T, class Con = list<T>>
 class stack
 {
 public:
 stack() {}
 void push(const T& x) {_c.push_back(x);}
 void pop() {_c.pop_back();}
 T& top() {return _c.back();}
 const T& top()const {return _c.back();}
 size_t size()const {return _c.size();}
 bool empty()const {return _c.empty();}
 private:
 Con _c;
 };
}

 queue的模拟实现

#include
 
namespace bit
{
 template<class T, class Con = deque>
 //template>
 class queue
 {
 public:
 queue() {}
 void push(const T& x) {_c.push_back(x);}
 void pop() {_c.pop_front();}
 T& back() {return _c.back();}
 const T& back()const {return _c.back();}
 T& front() {return _c.front();}
 const T& front()const {return _c.front();}
 size_t size()const {return _c.size();}
 bool empty()const {return _c.empty();}
 private:
 Con _c;
 };
}