容器适配器中stack queue priority_queue的介绍及模拟实现

文章目录

容器适配器的概念
deque的介绍及底层结构
stack的介绍
- stack的模拟实现
queue的介绍
- queue的模拟实现
priority_queue的介绍
- priority_queue的模拟实现

容器适配器的概念
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他人希望的另外一个接口。

deque的介绍及底层结构
要想摸清stack、queue的底层我们就要先学习deque，因为在STL中stack、queue等容器适配器的底层都是默认用deque进行的封装，从而达到我们想要的接口，下图是STL官方文档中stack、queue的接口参数图，可以看到默认的底层容器。
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deque的底层
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，不需要移动元素；与list比较，空间利用率比较高。
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deque并不是真正连续的空间，而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，所以deque的迭代器就比较复杂，deque的底层详细结构请参考下图：
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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：

stack和queue不需要遍历(因此stack和queue没有迭代器)，只要在固定的一端或者两端进行操作。
在stack中元素增长时，deque比vector的效率高(扩容时不需要挪动大量数据)；queue中的元素增长时，deque不仅效率高，而且内存使用率高。

deque的优缺点：与vector相比，头部插入元素、删除元素deque比vector要快，扩容方面，deque不需要挪动数据，vector则需要，与list相比，deque的底层是连续的空间，list不是，所以比list的空间利用率高，缺点是deque不适合遍历，相比于vector、list，deque的遍历需要大量的检查边界，效率不高，所以deque不适合需要大量遍历数据的场景，而stack、queue等不需要遍历，所以完美的避开了deque的缺点。

stack的介绍
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stack是一种容器适配器，专门用在具有后进先出操作的环境中，其删除只能从容器的一端进行元素的插入与提取操作。
stack是作为容器适配器被实现的，容器适配器即是对特定类封装作为其底层的容器，并提供一组特定的成员函数来访问其元素，将特定类作为其底层的，元素特定容器的尾部(即栈顶)被压入和弹出。
满足stack的底层容器有vector、list、deque，默认情况下不指定容器，则使用deque。

stack的模拟实现

namespace Lh
{//template <class T>template <class T, class Container = deque<T>>class stack{public:void push(const T& x){_con.push_back(x);}void pop(){_con.pop_back();}T& top() //栈顶数组{return _con.back();}const T& top() const   {return _con.back();}bool empty() const{return _con.empty();}size_t size() const{return _con.size();}private://vector<T> _con;Container _con;};
}

queue的介绍
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队列是一种容器适配器，专门用于在先进先出环境中操作，其中从容器一端插入元素，另一端提取元素。
队列作为容器适配器实现，容器适配器即将特定容器类封装作为其底层容器类，queue提供一组特定的成员函数来访问其元素。元素从队尾入队列，从队头出队列。
满足stack的底层容器有list、deque，默认情况下不指定容器，则使用deque。

queue的模拟实现

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

priority_queue的介绍
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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。
此上下文类似于堆，在堆中可以随时插入元素，并且只能检索最大堆元素(优先队列中位于顶部的元素)。
优先队列被实现为容器适配器，容器适配器即将特定容器类封装作为其底层容器类，queue提供一组特定的成员函数来访问其元素。元素从特定容器的“尾部”弹出，其称为优先队列的顶部。
满足stack的底层容器有vector、deque，默认情况下不指定容器，则使用vector。
需要支持随机访问迭代器，以便始终在内部保持堆结构，priority_queue默认是大堆。

priority_queue的模拟实现

namespace Lh
{//Compare 实例化进行比较的仿函数    less -> 大堆      //Compare 实例化进行比较的仿函数    greater -> 小堆   template <class T, class Container = vector<T>, class Compare = std::less<T>>class priority_queue     //默认是大堆 也就是降序 {public:priority_queue(){}template <class InputIterator>priority_queue(InputIterator first, InputIterator last)  //迭代器区间构造{while (first != last){_con.push_back(*first);++first;}//向下调整建堆for (int i = (_con.size() - 1 - 1) / 2; i >= 0; i--){adjust_down(i);}}void adjust_up(size_t child)   //向上调整{Compare com;               //用这个类型实例化一个对象 默认是lesssize_t parent = (child - 1) / 2;while (child > 0){if (com(_con[parent], _con[child])){std::swap(_con[child], _con[parent]);child = parent;parent = (child - 1) / 2;}else{break;}}}void push(const T& x){_con.push_back(x);adjust_up(_con.size()-1);}void adjust_down(size_t parent)  //向下调整{Compare com;    size_t child = parent * 2 + 1;while (child < _con.size()){if (child + 1 < _con.size() && com(_con[child], _con[child + 1])){child += 1;}if (com(_con[parent], _con[child])){std::swap(_con[parent], _con[child]);parent = child;child = parent * 2 + 1;}else{break;}}}void pop(){assert(_con.size() > 0);std::swap(_con[0], _con[_con.size() - 1]);  //最后一个和堆顶的交换 然后删除最后一个_con.pop_back();adjust_down(0);}bool empty() const{return _con.empty();}const T& top() {assert(_con.size() > 0);//return _con[0];return _con.front();}size_t size() const{return _con.size();}private:Container _con;};//仿函数/函数对象   是一个类  重载了operator()template <class T>class less{public:bool operator()(const T& l, const T& r) const{return l < r;}};template<class T>class greater {public:bool operator()(const T& l, const T& r) const{return l > r;}};
}