1. stack/queue

stack文档说明

queue文档说明

stack和queue被称为容器适配器。

容器适配器是什么？
它是一种特殊的容器类型，通过封装已有的容器类型来提供特定功能的接口函数，以满足不同的需求。

而stack和queue底层封装的是deque容器。

deque(双端队列)容器不仅支持头部和尾部数据的插入和删除，也支持随机存取、访问和修改(迭代器)，但是每个方面的功能又不是特别突出，尤其是随机存取和中间位置插入删除数据，效率比较低，因此很少单独使用deque，而且将其作为某个容器的适配器。

stack和queue的结构特性都是只能在两端进行数据的操作，无需随机存取和中间位置插入删除，因此用deque来适配就非常合适。

1.1 模拟实现

#include <iostream>
#include <deque>
using namespace std;
namespace lzh {//stack//第二个模板参数默认使用dequetemplate<class T, class Container = deque<T>>class stack {public:void push(const T& x) {_con.push_back(x);}void pop() {_con.pop_back();}T& top() {return _con.back();}const T& top() const {return _con.back();}size_t size()const {return _con.size();}bool empty()const {return _con.empty();}private:Container _con;};//queuetemplate<class T, class Container = deque<T>>class queue {public:void push(const T& x) {_con.push_back(x);}void pop() {_con.pop_front();}T& front() {return _con.front();}T& back() {return _con.back();}const T& front() const {return _con.front();}const T& back()	const {return _con.back();}size_t size()const {return _con.size();}bool empty()const {return _con.empty();}private:Container _con;};
}

2. 优先级队列

priority_queue文档说明

priority_queue是一种特殊的队列，它可以根据元素的优先级(或者大小)自动进行排序，并且优先级最高的先出队。

本质是二叉堆结构

在这里插入图片描述
它也是一个容器适配器，底层封装了vector容器，并且元素的优先级是通过第三个模板参数仿函数来控制的。

在这里插入图片描述 默认是大堆 - less<T>，若想实现小堆则要显式传递三个参数封装的容器类型和仿函数：

在这里插入图片描述

2.1 模拟实现

#pragma once
#include <iostream>
#include <vector>
#include <queue>
using namespace std;
namespace lzh {template<class T, class Container = vector<T>>class priority_queue {void adjustDown(int fatherIdx) {int childIdx = fatherIdx * 2 + 1;while (childIdx < (int)_con.size()) {if (childIdx + 1 < (int)_con.size() && _con[childIdx + 1] > _con[childIdx]) {++childIdx;}if (_con[childIdx] > _con[fatherIdx]) {swap(_con[childIdx], _con[fatherIdx]);fatherIdx = childIdx;childIdx = fatherIdx * 2 + 1;}else {break;}}}void adjustUp(int childIdx) {int fatherIdx = (childIdx - 1) / 2;while (childIdx > 0 && _con[childIdx] > _con[fatherIdx]) {swap(_con[childIdx], _con[fatherIdx]);childIdx = fatherIdx;fatherIdx = (childIdx - 1) / 2;}}public:priority_queue() { }template <class InputIterator>priority_queue(InputIterator first, InputIterator last) {while (first != last) {_con.push_back(*first);++first;}for (int i = (_con.size() - 2) / 2; i >= 0; --i) {adjustDown(i);}}bool empty() const {return _con.empty();}size_t size() const {return _con.size();}// 堆顶元素不允许修改，因为：堆顶元素修改可以会破坏堆的特性const T& top() const {return _con.front();}void push(const T& x) {_con.push_back(x);adjustUp(_con.size() - 1);}void pop() {swap(_con.front(), _con.back());_con.pop_back();adjustDown(0);}private:Container _con;};
}

2.2 仿函数

默认实现的是大堆，因为比较那里写死了，若要实现小堆结构则需要修改向下和向上调整算法的比较逻辑，但实际上库里实现的优先级队列是没办法修改的，所以真正的做法是使用仿函数作为第三个模板参数传递给容器，来实现大小堆的切换。

仿函数本质是一个类类型，类中重载了()运算符：

//仿函数且类模板
template<class T>
class Less {
public://若为自定义类型则该类中实现了小于运算符重载bool operator()(const T& x, const T& y) {return x < y;}
};void test_less() {//函数对象Less lessFunc;cout << lessFunc(1, 2) << endl;//显式调用//cout << lessFunc.operator()(1, 2) << endl;
}

可以发现该对象可以像函数一样来使用。

类似于C语言中的函数指针

用仿函数来灵活调整调整算法的逻辑，控制是大堆还是小堆：

using namespace std;template<class T>
class Less {
public://若为自定义类型则该类中实现了小于运算符重载bool operator()(const T& x, const T& y) {return x < y;}
};template<class T>
class Greater {
public:bool operator()(const T& x, const T& y) {return x > y;}
};namespace lzh {template<class T, class Container = vector<T>, class Compare = less<T>>class priority_queue {void adjustDown(int fatherIdx) {//定义仿函数对象Compare cmp;int childIdx = fatherIdx * 2 + 1;while (childIdx < (int)_con.size()) {//通过函数对象进行比较if (childIdx + 1 < (int)_con.size() &&cmp(_con[childIdx], _con[childIdx + 1])) {++childIdx;}//通过函数对象进行比较if (cmp(_con[fatherIdx], _con[childIdx])) {swap(_con[fatherIdx], _con[childIdx]);fatherIdx = childIdx;childIdx = fatherIdx * 2 + 1;}else {break;}}}void adjustUp(int childIdx) {//定义仿函数对象Compare cmp;int fatherIdx = (childIdx - 1) / 2;while (childIdx > 0 && cmp(_con[fatherIdx], _con[childIdx])) {swap(_con[fatherIdx], _con[childIdx]);childIdx = fatherIdx;fatherIdx = (childIdx - 1) / 2;}}//...其他成员}
}
int main() {//第三个模板参数//Less默认是建大堆//而Greater是建小堆//和库里的实现一致//第二和第三个模板参数有缺省值//若要大堆，可以只传第一个元素类型//而要小堆则三个都需要传递lzh::priority_queue<int, vector<int>, Less<int>> pq;pq.push(3);pq.push(5);pq.push(1);pq.push(4);while (!pq.empty()) {cout << pq.top() << ' ';pq.pop();}cout << endl;return 0;
}