本章主要讲解学习C++中的容器stack(栈),queue(队列),priority_queue(优先级队列,相当于数据结构中的heap(堆)),在熟悉使用后进行模拟实现
函数说明 | 接口说明 |
---|---|
stack() | 构造空的栈 |
empty() | 检测stack是否为空 |
size() | 返回stack中元素的个数 |
top() | 返回栈顶元素的引用 |
push() | 将元素val压入stack中 |
pop() | 将stack中尾部的元素弹出 |
这里需要两个栈,一个栈用来入数据,一个栈用来出数据 push:只往入数据栈入数据 pop:只让出数据栈出数据,如果没有数据,则需将入数据中的数据全部依次出栈并随后入栈到出数据栈中 以此实现队列先进先出的特性
class MyQueue {
public:
MyQueue() {
//不需要写什么,对于自定义类型stack会自动调用其构造函数
}
void push(int x) {
//入栈栈入数据
st1.push(x);
}
int pop() {
int ret;
//出栈栈有无数据
if(!st2.empty())
{
ret=st2.top();
st2.pop();
return ret;
}
else
{
//将数据入栈出栈
while(!st1.empty())
{
st2.push(st1.top());
st1.pop();
}
//pop数据
ret=st2.top();
st2.pop();
return ret;
}
}
int peek() {
if(!st2.empty())
{
return st2.top();
}
else
{
while(!st1.empty())
{
st2.push(st1.top());
st1.pop();
}
return st2.top();
}
}
bool empty() {
return st1.empty()&&st2.empty();
}
private:
stack<int> st1;
stack<int> st2;
};
函数声明 | 接口说明 |
---|---|
queue() | 构造空的队列 |
empty() | 检测队列是否为空,是返回true,否则返回false |
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() | 在队尾将元素val入队列 |
pop() | 将队头元素出队列 |
这里我们也需要两个队列 push:往有数据的队列入队列 pop:将有数据队列的数据(除最后一个数据)给依次出队列并入队列到另一个队列中,最后将最后一个数据给出队列 以此实现栈的先进后出的特性
class MyStack {
public:
MyStack() {
}
void push(int x) {
//入有数据队列
if(q1.empty())
{
q2.push(x);
}
else
{
q1.push(x);
}
}
int pop() {
//确定哪个队列有数据
queue<int>*q=&q1;
queue<int>*nonq=&q2;
if(q1.empty())
{
q=&q2;
nonq=&q1;
}
//出队列再入队列
while(q->size()>1)
{
nonq->push(q->front());
q->pop();
}
//pop数据
int ret=q->front();
q->pop();
return ret;
}
int top() {
if(!q1.empty())
{
return q1.back();
}
else
{
return q2.back();
}
}
bool empty() {
return q1.empty()&&q2.empty();
}
private:
queue<int> q1;
queue<int> q2;
};
empty():检测容器是否为空 size():返回容器中有效元素个数 front():返回容器中第一个元素的引用 push_back():在容器尾部插入元素 pop_back():删除容器尾部元素
注:以大堆为例
优先级队列默认使用vector作为其底层存储数据的容器,在vector上又使用了堆算法将vector中元素构造成堆的结构,因此priority_queue就是堆,所有需要用到堆的位置,都可以考虑使用priority_queue
注意:默认情况下priority_queue是大堆
函数声明 | 接口说明 |
---|---|
priority_queue()/priority_queue(first, last) | 构造一个空的优先级队列 |
empty( ) | 检测优先级队列是否为空,是返回true,否则返回 false |
top( ) | 返回优先级队列中最大(最小元素),即堆顶元素 |
push(x) | 在优先级队列中插入元素x |
pop() | 删除优先级队列中最大(最小)元素,即堆顶元素 |
#include <vector>
#include <queue>
#include <functional> // greater算法的头文件
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;
// 堆排序输出数据
while (!q1.empty())
{
cout << q1.top() << " ";
q1.pop();
}cout << endl;
while (!q2.empty())
{
cout << q2.top() << " ";
q2.pop();
}cout << endl;
}
注意:如果在priority_queue中放自定义类型的数据,用户需要在自定义类型中提供> 或者< 的重载
class Date
{
public:
Date(int year = 1900, int month = 1, int day = 1)
: _year(year)
, _month(month)
, _day(day)
{}
bool operator<(const Date& d)const
{
return (_year < d._year) ||
(_year == d._year && _month < d._month) ||
(_year == d._year && _month == d._month && _day < d._day);
}
bool operator>(const Date& d)const
{
return (_year > d._year) ||
(_year == d._year && _month > d._month) ||
(_year == d._year && _month == d._month && _day > d._day);
}
friend ostream& operator<<(ostream& _cout, const Date& d)
{
_cout << d._year << "-" << d._month << "-" << d._day;
return _cout;
}
private:
int _year;
int _month;
int _day;
};
void TestPriorityQueue2()
{
// 大堆,需要用户在自定义类型中提供<的重载
priority_queue<Date> q1;
q1.push(Date(2021, 10, 19));
q1.push(Date(2021, 10, 29));
q1.push(Date(2021, 12, 16));
q1.push(Date(2021, 8, 18));
q1.push(Date(2021, 9, 15));
cout << q1.top() << endl;
// 如果要创建小堆,需要用户提供>的重载
priority_queue<Date, vector<Date>, greater<Date>> q2;
q2.push(Date(2021, 10, 19));
q2.push(Date(2021, 10, 29));
q2.push(Date(2021, 12, 16));
q2.push(Date(2021, 8, 18));
q2.push(Date(2021, 9, 15));
cout << q2.top() << endl;
while (!q1.empty())
{
cout << q1.top() << " ";
q1.pop();
}cout << endl;
while (!q2.empty())
{
cout << q2.top() << " ";
q2.pop();
}cout << endl;
}
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,而是将其称容器适配器 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,priority_queue则使用了vector来封装实现其特性)
注:对于deque只做了解
与vector比较,deque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;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,可以进行随机访问(结合了vector和list的优点)
不适合遍历,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(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)
namespace cole
{
template<class T,class Container=std::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();
}
size_t size()
{
return con.size();
}
bool empty()
{
return con.empty();
}
private:
Container con;
};
}
namespace cole
{
template<class T,class Container=std::deque<T>>
class queue
{
public:
void push(const T& x)
{
con.push_back(x);
}
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;
};
}
namespace cole
{
//仿函数-函数对象(该类对象可以像函数一样使用)
template<class T>
struct less
{
bool operator()(const T& a, const T& b)
{
return a < b;
}
};
template<class T>
struct greater
{
bool operator()(const T& a, const T& b)
{
return a > b;
}
};
template<class T,class Container=std::deque<T>,class Compare=less<T>>//默认大堆
class priority_queue
{
public:
//向上调整数据
void Adjustup(size_t child)
{
size_t parent = (child - 1) / 2;
while (child > 0)
{
//是否调整
if (cmp(con[parent], con[child]))
{
swap(con[child], con[parent]);
child = parent;
parent = (child - 1) / 2;
}
else
{
break;
}
}
}
//向下调整数据
void Adjustdown(size_t parent)
{
size_t child = parent * 2 + 1;
while (child < con.size())
{
//比较左右子节点
if (child + 1 < con.size() && cmp(con[child], con[child + 1]))
{
++child;
}
//是否调整
if (cmp(con[parent], con[child]))
{
swap(con[child], con[parent]);
parent = child;
child = parent * 2 + 1;
}
else
{
break;
}
}
}
void push(const T& x)
{
con.push_back(x);
Adjustup(con.size() - 1);
}
void pop()
{
swap(con[0], con[con.size() - 1]);
con.pop_back();
Adjustdown(0);
}
const T& top()
{
return con[0];
}
size_t size()
{
return con.size();
}
bool empty()
{
return con.empty();
}
private:
Container con;
Compare cmp;
};
}