C++第六节：stack和queue

本节目标：

1. stack的介绍与使用
2. queue的介绍与使用
3. priority_queue的介绍与使用
4. 容器适配器
5. 模拟实现与结语

1 stack（堆）的介绍

        stack是一种容器适配器，专门用在具有后进先出操作的上下文环境中，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。

        stack的底层容器可以是任何标准的容器类模板或者一些其他特定的容器类。

        标准容器vector、deque、list均符合这些需求，默认情况下，如果没有为stack指定特定的底层容器，默认情况下使用deque。

2 stack 的使用

函数说明	接口说明
stack()	构造空的stack
empty()	检查stack是否为空
size()	返回stack中元素的个数
top()	返回栈顶的元素引用
push()	将元素val压入栈顶
pop()	将stack尾部元素弹出

 3 queue（队列） 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。

        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。

4 queue 的使用

函数声明	接口说明
queue()	构造空队列
empty()	检测队列是否为空，是返回true，不是返回flase
size()	返回队列有效元素个数
front()	返回头元素的引用
back()	返回尾元素的引用
push()	在队尾将元素val插入队列
pop()	将队头元素移除队列

 5 priority_queue（优先队列）的介绍

         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。

        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。

        底层容器可以是任何标准容器类模板，也可以是其他特定设计的容器类。容器应该可以通过随机访问迭代器访问。

        标准容器类vector和deque满足这些需求。默认情况下，如果没有为特定的priority_queue类实例化指定容器类，则使用vector。

6 priority_queue的使用

        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()	构造空优先级队列
empty()	检查优先级队列是否为空
top()	返回优先级队列最大元素（堆顶）
push(val)	在优先级队列尾部插入val并自动调整
pop()	删除优先级队列中最大(最小)元素，即堆顶元素

注意：

        1. 默认情况下，priority_queue是大堆。

        2. 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。

7 容器适配器

7.1 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。

 7.2 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。

7.3 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。

        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。

 7.4 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，因此其效率是比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。

8 模拟实现与结语

        以上就是我的理解，如果有发现问题的小伙伴，请在评论区说出来哦。同时在C++STL库简介部分完全结束后，我还会继续更新模拟实现自己的C++STL库，感兴趣请持续关注我哦！！