C++之stack 和 queue（下）-阿里云开发者社区

C++之stack 和 queue（下）

2024-10-17 5

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简介： C++之stack 和 queue（下）

C++之stack 和 queue（上）：https://developer.aliyun.com/article/1624999

3.适配器

3.1 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。

3.2 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：

3.3 deque 的介绍（了解）

3.3.1 deque的原理

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。

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：

双端队列底层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，因此deque的迭代器设计就比较复杂，如下图所示：

那deque是如何借助其迭代器维护其假想连续的结构呢？如下图所示

3.3.2 deque 的缺陷

与vector比较，deque的优势是：头部插入和删除时，不需要搬移元素，效率特别高，而且在扩容时，也不需要搬移大量的元素，因此其效率是必vector高的。

与list比较，其底层是连续空间，空间利用率比较高，不需要存储额外字段。

但是，deque不适合遍历，因为在遍历时，deque的迭代器要频繁的去检测其是否移动到某段小空间的边界，导致效率低下，而序列式场景中，可能需要经常遍历，因此在实际中，需要线性结构时，大多数情况下优先考虑vector和list，deque的应用并不多，

而目前能看到的一个应用就是，STL用其作为stack和queue的底层数据结构

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。

3.4 STL标准库中对于stack和queue的模拟实现

3.4.1 stack 的模拟

#include<deque>
namespace my_stack
{
  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;
  };
}

3.4.2 queue 的模拟

#include<deque>
#include <list>
namespace my_queue
{
  template<class T, class Con = deque<T>>
  //template<class T, class Con = list<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:
    Con _c;
  };
}

测试代码参考

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include <iostream>
#include <stack>
#include <queue>
using namespace std;
#include "stack.h"
#include "queue.h"
void print() {
}
void test_stack() {
  stack<int>s1;
  s1.push(1);
  s1.push(2);
  s1.push(3);
  s1.push(4);
  s1.push(5);
  cout << s1.size() << endl;
  cout << s1.top() << endl;
  s1.pop();
  cout << s1.top() << endl;
}
void test_queue() {
  queue<int>q1;
  q1.push(1);
  q1.push(2);
  q1.push(3);
  q1.push(4);
  q1.push(5);
  cout << q1.size() << endl;
  cout << q1.front() << endl;
  cout << q1.back() << endl;
  q1.pop();
  cout << q1.front() << endl;
}
int main() {
  //test_stack();
  //test_queue();
  /*
  my_stack::stack<int,list<int>>s1;
  s1.push(1);
  s1.push(2);
  s1.push(3);
  s1.push(4);
  s1.push(5);
  cout << s1.size() << endl;
  cout << s1.top() << endl;
  s1.pop();
  cout << s1.top() << endl;
  cout << s1.back() << endl;
  cout << s1.front() << endl;
  */
  
  my_queue::queue<int> q1;
  q1.push(1);
  q1.push(2);
  q1.push(3);
  q1.push(520);
  q1.push(1314);
  cout << q1.back() << endl;
  cout << q1.front() << endl;
  q1.pop();
  cout << q1.back() << endl;
  cout << q1.front() << endl;
  
     my_stack::stack<int> q2;
  q2.push(1);
  q2.push(2);
  q2.push(3);
  q2.push(520);
  q2.push(1314);
  cout << q2.top() << endl;
  cout << q2.top()<< endl;
  q2.pop();
  cout << q2.top() << endl;
  const my_stack::stack<int>& crefMyStack = q2;
  cout << "Top element (const) is: " << crefMyStack.top() << endl;
  return 0;
}

结束语

本次博客内容就到此结束了。理所当然C++下的stack和queue的实现更加的简便和多种多样！

最后感谢各位友友们的捧场和支持，给小编留个赞吧！！！