STL概览——栈( stack )、队列( queue )和优先级队列( priority_queue)

时间：2022-05-05 17:37:04

栈（stack）

　 stack是一种先进后出（First In Last Out，FILO）的数据结构，它只有一个口，平常在我们写深度优先遍历算法时，，就会用到栈，stack允许我们增加，移除，取得最顶端元素。但是除了最顶端元素之外，没有任何其他方法可以存取stack的其它元素，因此stack不允许有遍历行为。

　　以某种既有容器为底层结构，将其接口改变，使之符合 “先进后出” 的特性，形成一个 stack ，是很容易做到的。deque 是双向开口的数据结构，若以 deque为底部结构并封闭其头部端口，便轻而易举形成一个 stack 。因此，SGI STL 便以 deque 作为缺省情况下的 stack 底部结构。

　　

template <class _Tp, class _Sequence>
class stack {
public:
  typedef typename _Sequence::value_type      value_type;
  typedef typename _Sequence::size_type       size_type;
  typedef          _Sequence                  container_type;

  typedef typename _Sequence::reference       reference;
  typedef typename _Sequence::const_reference const_reference;
protected:
  _Sequence c;                                //底层容器
public:
  stack() : c() {}
explicit stack(const _Sequence& __s) : c(__s) {}


//以下完全利用_Sequence c 的操作完成 stack 的操作
bool empty() const { return c.empty(); }
  size_type size() const { return c.size(); }
  reference top() { return c.back(); }
  const_reference top() const { return c.back(); }
//末端进，末端出
void push(const value_type& __x) { c.push_back(__x); }
void pop() { c.pop_back(); }
};

 

　　stack 因为所有元素都必须遵守“先进后出”的条件，只有 stack 顶端的元素，才有机会被外界取用，stack 不提供走访功能，因此没有迭代器。

　　当然还可以以 list 作为 stack 底层容器：

　　

#include <iostream>
#include <string>
#include <stack>
#include <list>
using namespace std;
int main()
{　　//用双向链表作为底层容器
    stack<int, list<int> > temp;
for(int i = 0; i < 10; i++)
    {
        temp.push(i);                //0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
    }


for(int i = 0; i < 10; i++)
    {
        printf("%d ", temp.top());    //9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 
        temp.pop();
    }
return 0;
}

队列（stack）

　　queue是一种先进先出（First In First Out，FIFO）的数据结构，它有两个出口，queue 允许新增元素，移除元素，从最低端加入元素，取得最顶端元素。但除了最底端可以加入，最顶端可以取出外，没有其他任何方法可以存取 queue 的其他元素，因此 queue 不允许有遍历行为，也就是没有迭代器。同栈一样，STL里面默认 deque 作为缺省情况下的 queue 底部结构：

　　

template <class _Tp, class _Sequence>
class queue {

public:
    typedef typename _Sequence::value_type      value_type;
    typedef typename _Sequence::size_type       size_type;
    typedef          _Sequence                  container_type;

    typedef typename _Sequence::reference       reference;
    typedef typename _Sequence::const_reference const_reference;
protected:
    _Sequence c;                                //底层容器
public:
    queue() : c() {}
explicit queue(const _Sequence& __c) : c(__c) {}

//以下完全利用 Sequence c 的操作完成queue操作
bool empty() const { return c.empty(); }
    size_type size() const { return c.size(); }
    reference front() { return c.front(); }
    const_reference front() const { return c.front(); }
    reference back() { return c.back(); }
    const_reference back() const { return c.back(); }
void push(const value_type& __x) { c.push_back(__x); }
void pop() { c.pop_front(); }
};

 

优先级队列（priority_queue）

　　priority_queue 是一种具有权值观念的 queue，他允许加入新元素，移除旧元素，审视元素值等功能，同样只支持底部加元素，顶端取元素，除此以外别无其他存取元素途径。但priority_queue 其内部的元素并非按照被推入的次序排列，而是自动依照元素的权值排列，权值越高，排在越前面。缺省情况下，priority_queue 利用max-heap 完成，后者是一个以vector表现的 complete binary tree。max-heap 可以满足 priority_queue 所需要的 “权值从高到低自动地减排序” 的特性。

template <class _Tp, 
class _Sequence __STL_DEPENDENT_DEFAULT_TMPL(vector<_Tp>),
class _Compare
    __STL_DEPENDENT_DEFAULT_TMPL(less<typename _Sequence::value_type>) >
class priority_queue {

public:
    typedef typename _Sequence::value_type      value_type;
    typedef typename _Sequence::size_type       size_type;
    typedef          _Sequence                  container_type;

    typedef typename _Sequence::reference       reference;
    typedef typename _Sequence::const_reference const_reference;
protected:
    _Sequence c;                    //底层容器
    _Compare comp;                    //排序规则
public:
    priority_queue() : c() {}
explicit priority_queue(const _Compare& __x) :  c(), comp(__x) {}

//以下用到的 make_heap(), push_heap() 和 pop_heap()都是泛型算法
//任何一个构造函数都在底层产生一个 implicit representation heap (隐式表述堆)
    priority_queue(const _Compare& __x, const _Sequence& __s) 
        : c(__s), comp(__x) 
    { make_heap(c.begin(), c.end(), comp); }

    #ifdef __STL_MEMBER_TEMPLATES
    template <class _InputIterator>
    priority_queue(_InputIterator __first, _InputIterator __last) 
        : c(__first, __last) { make_heap(c.begin(), c.end(), comp); }

    template <class _InputIterator>
    priority_queue(_InputIterator __first, 
         _InputIterator __last, const _Compare& __x)
        : c(__first, __last), comp(__x) 
    { make_heap(c.begin(), c.end(), comp); }

    template <class _InputIterator>
    priority_queue(_InputIterator __first, _InputIterator __last,
const _Compare& __x, const _Sequence& __s)
        : c(__s), comp(__x)
    { 
        c.insert(c.end(), __first, __last);
        make_heap(c.begin(), c.end(), comp);
    }

#else /* __STL_MEMBER_TEMPLATES */
    priority_queue(const value_type* __first, const value_type* __last) 
                    : c(__first, __last) { make_heap(c.begin(), c.end(), comp); }

    priority_queue(const value_type* __first, const value_type* __last, 
const _Compare& __x) 
        : c(__first, __last), comp(__x)
    { make_heap(c.begin(), c.end(), comp); }

    priority_queue(const value_type* __first, const value_type* __last, 
const _Compare& __x, const _Sequence& __c)
        : c(__c), comp(__x) 
    { 
    c.insert(c.end(), __first, __last);
    make_heap(c.begin(), c.end(), comp);
    }
#endif /* __STL_MEMBER_TEMPLATES */

bool empty() const { return c.empty(); }
    size_type size() const { return c.size(); }
    const_reference top() const { return c.front(); }

void push(const value_type& __x) 
    {
//push_heap()是泛型算法，先利用底层的push_back() 将新元素推入末端，再重排heap
        __STL_TRY
        {
            c.push_back(__x); 
            push_heap(c.begin(), c.end(), comp);
        }
        __STL_UNWIND(c.clear());
    }
void pop()
    {
//pop_heap()是泛型算法，从 heap 内取出一个元素，它并不是真正将元素弹出
//而是重排 heap, 然后以底层容器的 pop_back() 取得被弹出的元素  
        __STL_TRY 
        {
            pop_heap(c.begin(), c.end(), comp);
            c.pop_back();
        }
        __STL_UNWIND(c.clear());
    }
};

 

　　priority_queue 的所有元素进出都有一定规则，只有 queue 顶端的元素，也就是权值最高者，才有机会被外界取用，priority_queue没有迭代器。

　　priority_queue 测试如下：

　　

#include <iostream>
#include <string>
#include <queue>
#include <list>
using namespace std;
int main()
{

int a[] = {0, 1,12,5,56,3,23,16}; 
    priority_queue<int> temp(a, a + 8);
    cout << "top element: " << temp.top() << endl;    //56
    
    cout << "output from top: ";
int pd_size = temp.size();
for(int i = 0; i < pd_size; i++)
    {
        cout << temp.top() <<" ";            //56 23 16 12 5 3 1 0
        temp.pop();
    }
return 0;
}

　　stack , queue , priority_queue 都是以底部容器完成其所有工作，而这些具有 “修改某物接口，形成另一种风貌” 的性质的数据结构， 成为adapter（配接器）， stack , queue , priority_queue 都是容器的配接器。

 

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