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STL中stack和queue模拟实现+容器适配器

STL中stack和queue模拟实现+容器适配器

目录

容器适配器

STL标准库中stack和queue的底层结构

deque的简单介绍

deque的缺陷

为什么选择deque作为stack和queue的底层默认容器

stack的模拟实现

queue的模拟实现 


容器适配器

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

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的空间,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,落在看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;

那么deque是如何借助其迭代器维护其假想的连续的结构呢?

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

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tvector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。

stack的模拟实现

  1. #pragma once
  2. #include <iostream>
  3. #include <deque>
  4. namespace sim_stack
  5. {
  6. //提供容器缺省参数值为双端队列
  7. template<class T, class Container = deque<T>>
  8. class stack
  9. {
  10. public:
  11. //使用对应容器的构造函数
  12. stack()
  13. :_con()
  14. {}
  15. //push()函数
  16. void push(const T& val)
  17. {
  18. //调用类模版容器的push_back()
  19. _con.push_back(val);
  20. }
  21. //pop()函数
  22. void pop()
  23. {
  24. //调用类模版容器的pop_back()
  25. _con.pop_back();
  26. }
  27. //top()函数_非const版本
  28. T& top()
  29. {
  30. //调用类模版容器的back()
  31. return _con.back();
  32. }
  33. //const版本
  34. const T& top() const
  35. {
  36. //调用类模版容器的back()
  37. return _con.back();
  38. }
  39. //empty()函数
  40. bool empty()
  41. {
  42. //调用类模版容器的empty()
  43. return _con.empty();
  44. }
  45. //size()函数
  46. const size_t& size()
  47. {
  48. //调用类模版容器的size()
  49. return _con.size();
  50. }
  51. private:
  52. //直接使用容器
  53. Container _con;
  54. };
  55. }

queue的模拟实现 

  1. #pragma once
  2. #include <iostream>
  3. #include <deque>
  4. namespace sim_queue
  5. {
  6. template<class T, class Container = deque<T>>
  7. class queue
  8. {
  9. public:
  10. //使用类模版容器的构造函数
  11. queue()
  12. :_con()
  13. {}
  14. //push()函数
  15. void push(const T& val)
  16. {
  17. //使用类模版容器的push_back()函数
  18. _con.push_back(val);
  19. }
  20. //pop()函数
  21. void pop()
  22. {
  23. //使用类模版容器的pop_front()函数
  24. _con.pop_front();
  25. }
  26. //front()函数_非const版本
  27. T& front()
  28. {
  29. //使用类模版容器的front()函数
  30. return _con.front();
  31. }
  32. //const版本
  33. const T& front() const
  34. {
  35. //使用类模版容器的front()函数
  36. return _con.front();
  37. }
  38. //back()函数_非const版本
  39. T& back()
  40. {
  41. //使用类模版容器的back()函数
  42. return _con.back();
  43. }
  44. //const版本
  45. const T& back() const
  46. {
  47. //使用类模版容器的back()函数
  48. return _con.back();
  49. }
  50. //empty()函数
  51. bool empty()
  52. {
  53. //使用类模版容器的empty()函数
  54. return _con.empty();
  55. }
  56. //size()函数
  57. const size_t size()
  58. {
  59. //使用类模版容器的size()函数
  60. return _con.size();
  61. }
  62. private:
  63. Container _con;
  64. };
  65. }

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