1. stack的介绍、使用和实现

1.1 stack的介绍

stl里的stack其实和数据结构内的stack和前面数据结构的栈不能说百分百一样，但也有百分之90是一样的，他们的特性都是LIFO（last in first out）先进后出的原则，前面有类似的这里就不过多讲述；

这个是C++ stack的文档：stack - C++ Reference (cplusplus.com)

1.2 stack的使用

stack的主要的使用接口就那么几个，我们这里就直接上个主要的接口图和使用的代码；如下图和代码所示：

#include<iostream>
#include<stack>
using namespace std;void TestStack()
{//同前面list一样，他们都是个模板stack<int> st;//empty的使用if (!st.empty()){cout << " stack is not empty" << endl;}else{cout << "stack is empty" << endl;}//push的使用st.push(1);st.push(2);st.push(3);st.push(4);st.push(5);//empty的使用if (!st.empty()){cout << " stack is not empty" << endl;}else{cout << "stack is empty" << endl;}//size的使用cout << "The size of stack is:> " << st.size() << endl;//top的使用cout << "The top element of stack is:> " << st.top() << endl;//因为栈和队列没有迭代器，如果有迭代器的话那就可以访问任意位置的数据了，//不符合后进先出的原则//所以如果我们想打印栈内的数据需要这样走;cout << "The element of stack are:> ";while (!st.empty()){cout << st.top() << " ";st.pop();}cout << endl;st.push(1);st.push(2);st.push(3);st.push(4);st.push(5);//pop的使用st.pop();st.pop();cout << "After pop the element of stack are:> ";while (!st.empty()){cout << st.top() << " ";st.pop();}
}int main()
{TestStack();return 0;
}

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运行结果为：

1.3 stack的实现

由于在stl库内 stack不是一个简单的容器，而是一个容器适配器Container adaptor，举个例子，容器适配器就类似家里的插头，我们不仅可以用手机充电头去插头那给手机充电，还可以用电脑电源的充电头去给电脑充电，而手机充电头就类似list<int>，电脑充电头就类似vector<int>；如下代码可见；

#include<iostream>
#include<deque>
#include<stack>
#include<vector>
#include<list>
using namespace std;
//#include"stack.h"void teststack()
{//适配list容器stack<int, list<int>> st1;st1.push(1);st1.push(2);st1.push(3);st1.push(4);st1.push(5);cout << "The top is:> " << st1.top() << endl;st1.pop();st1.pop();cout << "The top is:> " << st1.top() << endl;while (!st1.empty()){cout << st1.top() << " ";st1.pop();}cout << endl;//适配vector容器stack<int, vector<int>> st2;st2.push(1);st2.push(2);st2.push(3);st2.push(4);st2.push(5);cout << "The top is:> " << st2.top() << endl;st2.pop();st2.pop();cout << "The top is:> " << st2.top() << endl;while (!st2.empty()){cout << st2.top() << " ";st2.pop();}
}
int main()
{teststack();return 0;
}

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运行结果为：

那么我们实现stack的时候我们的类模板就不止一个传入的类型，还有一个类类型的变量接收；那具体的实现步骤就直接看代码，因为这个实现的底层其实也就是数组，但也可以用链表去实现前面数据结构的栈的篇章说过；如下代码所示：

#pragma once
#include"priority_queue.h"
#include<deque>
namespace lwt
{//stack在stl库内是被称作container adaptor（容器适配器）template<class T, class Container = deque<T>>class stack{public://尾插void push(const T& x){_con.push_back(x);}//尾删void pop(){_con.pop_back();}//取栈顶元素const T& top()const{return _con.back();}size_t size()const{return _con.size();}bool empty()const{return _con.empty();}private:Container _con;};
}

这里的成员变量用Container就是为了达到容器适配器的效果，如果传入的是vector<int>，那么就会执行vector<int> _con; 然后再进行插入删除，list也一样；那上面有一点就是deque是什么玩意，先保留这个疑问，下面一会会讲到；

2. queue的介绍、使用和实现

2.1 queue的介绍

stl里的queue和数据结构里的queue队列也类似，也是先进先出FIFO的特性，所以也不过多讲述；

这个是C++的queue的文档：queue - C++ Reference (cplusplus.com)

2.2 queue的使用

如下图和代码所示：

#include<iostream>
#include<deque>
#include<queue>
#include<stack>
#include<vector>
#include<list>
using namespace std;int main()
{queue<int, list<int>> que1;que1.push(1);que1.push(2);que1.push(3);que1.push(3);que1.push(4);que1.push(5);while (!que1.empty()){cout << que1.front() << " ";que1.pop();}cout << endl;//size的使用que1.push(1);que1.push(2);que1.push(3);que1.push(3);que1.push(4);que1.push(5);cout << "The size of que1 is:> " << que1.size() << endl;que1.front() = 9;cout << "The front of que1 is:> " << que1.front() << endl;return 0;
}

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运行结果为：

2.3 queue的实现

stl库内的queue和上面的stack一样，都是容器适配器；增删查改实现的话其实就和前面的数据结构的队列实现的思路一样，所以不在这里过多讲述，直接上图和代码；

#pragma once
namespace lwt
{#include<deque>template<class T, class Container = deque<T> >class queue{public://入数据void push(const T& x){_con.push_back(x);}//出队列void pop(){_con.pop_front();}const T& front(){return _con.front();}const T& back(){return _con.back();}size_t size(){return _con.size();}bool empty(){return _con.empty();}private:Container _con;};
}

3. deque的介绍

在上面我们看到stack和queue的模板的类类型的缺省参数是deque，但上面没有讲，因为我想在下面另外讲解；deque，可能我们看到有个que就认为他就是队列，所以底层可能是用链表实现的，其实并不然，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，也可以说deque是list和vector的杂交版；

但实质上，其实deque并不是真正的连续的空间，而是由一段段连续的小空间拼排而成的，实际上deque就类似一个动态的二维数组；其结构如下图所示：

红色区域是一个中控数组，每次的插入和删除都是在中控数组的中间开空间，这个效率就很高了，为什么高呢？相比于链表，他的尾插和头插的效率更高，因为他每次都是开绿色块那样的空间大小，而链表每次头尾插需要进行开辟新的空间，开辟新的空间会造成效率降低；对于vector来说，头插就很方便了，他只需要在前面再new多一块空间，然后从后往前插入完成头插，而不需要挪动数据，

下图是他的具体结构

3.1 deque的缺陷

当deque遍历的时候要频繁的检测first是否等于last，如果等于就需要node+1，导致效率低下，所以一般要使用线性结构的时候大多数优先考虑list和vector，deque的应用场景不多，目前看见的应用是在STL里用其作为stack和queue的底层结构；

3.2 为什么选择deque作为stack和queue的底层结构

#include <vector>
#include <queue>
#include<iostream>
#include <functional> // greater算法的头文件
using namespace std;void TestPriorityQueue()
{// 默认情况下，创建的是大堆，其底层按照小于号比较vector<int> v{ 3,2,7,6,0,4,1,9,8,5 };priority_queue<int> q1;for (auto& e : v)q1.push(e);cout << q1.top() << endl;// 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<int>> q2(v.begin(), v.end());cout << q2.top() << endl;
}int main()
{TestPriorityQueue();return 0;
}

#pragma once
#include<vector>
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 lwt
{template<class T, class Container = vector<T> , class Compare = Less<T>>class priority_queue{public: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 push(const T& x){_con.push_back(x);AdjustUp(_con.size()-1);}void AdjustDown(int parent){size_t child = parent * 2 + 1;Compare com;while (child < _con.size()){//看左右孩子谁大谁小，大堆那我们就要找到小的if (child + 1 < _con.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 pop(){//pop就是堆删swap(_con[0], _con[_con.size() - 1]);_con.pop_back();AdjustDown(0);}const T& top(){return _con[0];}size_t size() const{return _con.size();}bool empty()const{return _con.empty();}private:Container _con;};}