stack和queue的模拟实现
stack和queue的模拟实现
1. 容器适配器
1.1 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。
1.2 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：
2 deque的简单介绍(了解)
2.1 deque的原理介绍
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？
2.2 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有一个致命缺陷：
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。
2.3 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)，
只需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。
2. stack的介绍和使用
2.1 stack的介绍
栈：一种特殊的线性表，其只允许在固定的一端进行插入和删除元素操作。进行数据插入和删除操作的一端称为栈顶，另一端称为栈底。栈中的数据元素遵守后进先出LIFO（Last In First Out）的原则。
压栈：栈的插入操作叫做进栈/压栈/入栈，入数据在栈顶。
出栈：栈的删除操作叫做出栈。出数据也在栈顶。
接口介绍：
2.2 stack的模拟实现
从栈的接口中可以看出，栈实际是一种特殊的vector，因此使用vector完全可以模拟实现stack，但是如果我们希望用其它容器来实现栈就无法实现，所以我们可以把容器的类型定义成一个模板参数，需要用什么容器的类型，就传对应的类型参数，同时为了方便如果不想传对应的参数，可以把容器类型模板参数设置为deque<T>。
namespace hb
{
template<class T,class Container = deque<T>>
class stack
{
public:
void push(const T& x )
{
_con.push_back(x);
}
void pop()
{
_con.pop_back();
}
const T& top()
{
return _con.back();
}
bool empty()
{
return _con.empty();
}
size_t size()
{
return _con.size();
}
private:
Container _con;
};
}
3. queue的介绍和使用
3.1 queue的介绍
-
队列是一种容器适配器，专门用于在FIFO上下文(先进先出)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。
-
底层容器可以是标准容器类模板之一，也可以是其他专门设计的容器类。该底层容器应至少
支持以下操作:empty：检测队列是否为空
size：返回队列中有效元素的个数
front：返回队头元素的引用
back：返回队尾元素的引用
push_back：在队列尾部入队列
pop_front：在队列头部出队列
-
标准容器类deque和list满足了这些要求。默认情况下，如果没有为queue实例化指定容器类，则使用标准容器deque。
入队列：进行插入操作的一端称为队尾
出队列：进行删除操作的一端称为队头
如图所示：
3.2 queue的模拟实现
namespace hb
{
template <class T,class Container = deque<T>>
class queue
{
public:
void push(const T& x)
{
_con.push_back(x);
}
void pop()
{
_con.pop_front();
}
bool empty()
{
return _con.empty();
}
const T& front()
{
return _con.front();
}
const T& back()
{
return _con.back();
}
size_t size()
{
return _con.size();
}
private:
Container _con;
};
}
4. 代码测试
4.1 stack测试
int main()
{
hb::stack<int,list<int>> st;
st.push(1);
st.push(2);
st.push(3);
st.push(4);
while (!st.empty())
{
cout << st.top() << " ";
st.pop();
}
cout << endl;
}
运行结果如图：
4.2 queue测试
int main()
{
hb::queue<int,list<int>> q;
q.push(1);
q.push(2);
q.push(3);
q.push(4);
while (!q.empty())
{
cout << q.front() << " ";
q.pop();
}
cout << endl;
}
运行结果如图：
5. OJ题目
class MinStack {
public:
MinStack() {
}
void push(int val) {
_st.push(val);
if (_minst.empty() || val <_minst.top()._val)
{
_minst.push({val,1});
}
else if (val == _minst.top()._val)
{
_minst.top()._count++;
}
}
void pop() {
if (_minst.top()._val == _st.top())
{
if ( _minst.top()._count == 1)
{
_minst.pop();
}
else{
_minst.top()._count--;
}
}
_st.pop();
}
int top() {
return _st.top();
}
int getMin() {
return _minst.top()._val;
}
stack<int> _st;
struct Data
{
int _val;
int _count;
};
stack<Data> _minst;
};
class MyQueue {
public:
stack<int> pushst;
stack<int> popst;
void push(int x) {
pushst.push(x);
}
int pop() {
int top = peek();
popst.pop();
return top;
}
int peek() {
if (popst.empty())
{
while (!pushst.empty())
{
popst.push(pushst.top());
pushst.pop();
}
}
return popst.top();
}
bool empty() {
return pushst.empty() && popst.empty();
}
};
class MyStack {
public:
queue<int> q1;
queue<int> q2;
void push(int x) {
if (q1.empty())
{
swap(q1,q2);
}
q1.push(x);
}
int pop() {
if (q1.empty())
{
swap(q1,q2);
}
while (q1.size() > 1)
{
q2.push(q1.front());
q1.pop();
}
int top = q1.front();
q1.pop();
return top;
}
int top() {
if (q1.empty())
{
swap(q1,q2);
}
return q1.back();
}
bool empty() {
return q1.empty() && q2.empty();
}
};
原文地址：https://blog.csdn.net/qq_74319491/article/details/142398161
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