从零开始学C++之STL（十一）：容器适配器（stack、 queue 、priority_queue）源码浅析与使用示例

一、容器适配器

stack

queue

priority_queue

stack、queue、priority_queue 都不支持任一种迭代器，它们都是容器适配器类型，stack是用vector/deque/list对象创建了一个先进后出容器；queue是用deque或list对象创建了一个先进先出容器；priority_queue是用vector/deque创建了一个排序队列，内部用二叉堆实现。

前面或多或少谈到过list/vector的实现，而没提到过deque的实现，可以用以下一句话概括，具体可以看看《stl源码剖析》：

Storing contents in multiple smaller arrays, allocating additional arrays at the beginning or end as needed.

Indexing is implemented by keeping a dynamic array containing pointers to each of the smaller arrays.



（一）、stack

首先来看示例代码：

 C++ Code 

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29

#include <iostream> #include <vector> #include <list> #include <stack> using namespace std; int main(void) {     stack<int, list<int> > s;     for (int i = 0; i < 5; i++)     {         s.push(i);     }     //for (size_t i=0; i<s.size(); i++)     //{     //  cout<<s.top()<<' ';   Error:size()一直在变化     //  s.pop();     //}     while (!s.empty())     {         cout << s.top() << ' ';         s.pop();     }     cout << endl;     return 0; }

再看stack 的源码：

 C++ Code 

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70

// TEMPLATE CLASS stack template < class _Ty,          class _Container = deque<_Ty> > class stack {     // LIFO queue implemented with a container public:     typedef _Container container_type;     typedef typename _Container::value_type value_type;     typedef typename _Container::size_type size_type;     typedef typename _Container::reference reference;     typedef typename _Container::const_reference const_reference;     stack()         : c()     {         // construct with empty container     }     explicit stack(const _Container &_Cont)         : c(_Cont)     {         // construct by copying specified container     }     bool empty() const     {         // test if stack is empty         return (c.empty());     }     size_type size() const     {         // test length of stack         return (c.size());     }     reference top()     {         // return last element of mutable stack         return (c.back());     }     const_reference top() const     {         // return last element of nonmutable stack         return (c.back());     }     void push(const value_type &_Val)     {         // insert element at end         c.push_back(_Val);     }     void pop()     {         // erase last element         c.pop_back();     }     const _Container &_Get_container() const     {         // get reference to container         return (c);     } protected:     _Container c;   // the underlying container };

即有一个_Container 成员，默认是deque<_Ty> ，当然也可以传递vector, list 进去，只要支持push_back，pop_back 等接口。内部的函数实现

都借助了容器的函数，跟以前实现过的Stack 很像。

（二）、queue

先来看示例代码：

 C++ Code 

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29

#include <iostream> #include <vector> #include <list> #include <stack> #include <queue> using namespace std; int main(void) {     //int a[] = {1, 2, 3, 4, 5};     //vector<int> v(a, a+5);     queue<int, list<int> > q;     for (int i = 0; i < 5; i++)     {         q.push(i);     }     while (!q.empty())     {         cout << q.front() << ' ';         q.pop();     }     cout << endl;     return 0; }

再来看queue 源码：

 C++ Code 

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82

// TEMPLATE CLASS queue template < class _Ty,          class _Container = deque<_Ty> > class queue {     // FIFO queue implemented with a container public:     typedef _Container container_type;     typedef typename _Container::value_type value_type;     typedef typename _Container::size_type size_type;     typedef typename _Container::reference reference;     typedef typename _Container::const_reference const_reference;     queue()         : c()     {         // construct with empty container     }     explicit queue(const _Container &_Cont)         : c(_Cont)     {         // construct by copying specified container     }     bool empty() const     {         // test if queue is empty         return (c.empty());     }     size_type size() const     {         // return length of queue         return (c.size());     }     reference front()     {         // return first element of mutable queue         return (c.front());     }     const_reference front() const     {         // return first element of nonmutable queue         return (c.front());     }     reference back()     {         // return last element of mutable queue         return (c.back());     }     const_reference back() const     {         // return last element of nonmutable queue         return (c.back());     }     void push(const value_type &_Val)     {         // insert element at beginning         c.push_back(_Val);     }     void pop()     {         // erase element at end         c.pop_front();     }     const _Container &_Get_container() const     {         // get reference to container         return (c);     } protected:     _Container c;   // the underlying container };

实现跟stack 是很类似的，只是queue不能用vector 实现，因为没有pop_front 接口。

（三）、priority_queue

先来看示例代码：

 C++ Code 

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

#include <iostream> #include <functional> #include <vector> #include <list> #include <stack> #include <queue> using namespace std; int main(void) {     int a[] = {5, 1, 2, 4, 3};     priority_queue<int, vector<int>, greater<int> > q(a, a + 5);     while (!q.empty())     {         cout << q.top() << ' ';         q.pop();     }     cout << endl;     return 0; }

再来看priority_queue 的源码：

 C++ Code 

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101

// TEMPLATE CLASS priority_queue template < class _Ty,          class _Container = vector<_Ty>,          class _Pr = less<typename _Container::value_type> > class priority_queue {     // priority queue implemented with a _Container public:     typedef _Container container_type;     typedef typename _Container::value_type value_type;     typedef typename _Container::size_type size_type;     typedef typename _Container::reference reference;     typedef typename _Container::const_reference const_reference;     priority_queue()         : c(), comp()     {         // construct with empty container, default comparator     }     explicit priority_queue(const _Pr &_Pred)         : c(), comp(_Pred)     {         // construct with empty container, specified comparator     }     priority_queue(const _Pr &_Pred, const _Container &_Cont)         : c(_Cont), comp(_Pred)     {         // construct by copying specified container, comparator         make_heap(c.begin(), c.end(), comp);     }     template<class _Iter>     priority_queue(_Iter _First, _Iter _Last)         : c(_First, _Last), comp()     {         // construct by copying [_First, _Last), default comparator         make_heap(c.begin(), c.end(), comp);     }     template<class _Iter>     priority_queue(_Iter _First, _Iter _Last, const _Pr &_Pred)         : c(_First, _Last), comp(_Pred)     {         // construct by copying [_First, _Last), specified comparator         make_heap(c.begin(), c.end(), comp);     }     template<class _Iter>     priority_queue(_Iter _First, _Iter _Last, const _Pr &_Pred,                    const _Container &_Cont)         : c(_Cont), comp(_Pred)     {         // construct by copying [_First, _Last), container, and comparator         c.insert(c.end(), _First, _Last);         make_heap(c.begin(), c.end(), comp);     }     bool empty() const     {         // test if queue is empty         return (c.empty());     }     size_type size() const     {         // return length of queue         return (c.size());     }     const_reference top() const     {         // return highest-priority element         return (c.front());     }     reference top()     {         // return mutable highest-priority element (retained)         return (c.front());     }     void push(const value_type &_Pred)     {         // insert value in priority order         c.push_back(_Pred);         push_heap(c.begin(), c.end(), comp);     }     void pop()     {         // erase highest-priority element         pop_heap(c.begin(), c.end(), comp);         c.pop_back();     } protected:     _Container c;   // the underlying container     _Pr comp;   // the comparator functor };

priority_queue 的实现稍微复杂一点，可以传递3个参数，而且有两个成员，comp 即自定义比较逻辑，默认是less<value_type>，在构造函数中
调用make_heap函数构造二叉堆，comp 主要是用于构造二叉堆时的判别，如果是less
则构造大堆，如果传递greater 则构造小堆.

注意，priority_queue 不能用list 实现，因为list 只支持双向迭代器，而不支持随机迭代器。

下面举个例子说明make_heap 函数的用法：

 C++ Code 

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

#include <iostream> #include <functional> #include <vector> #include <list> #include <stack> #include <queue> using namespace std; int main(void) {     int a[] = {5, 1, 2, 4, 3};     make_heap(a, a + 5, less<int>());     copy(a, a + 5, ostream_iterator<int>(cout, " "));     cout << endl;     sort(a, a + 5);     //  sort_heap(a, a+5, less<int>());     copy(a, a + 5, ostream_iterator<int>(cout, " "));     cout << endl;     return 0; }

输出：

5 4 2 1 3

1 2 3 4 5

make_heap() 将容器的元素构造成二叉堆，传递的是less，即构造的是大堆，把大堆层序遍历的结果存入数组，再调用sort()
进行排序，内部调用

的实际算法不一定，可以是堆排序、插入排序、选择排序等等，跟踪进去发现调用的是插入排序；当然也可以直接指定使用堆排序
sort_heap（调用

者必须已经是堆了，也就是前面已经先调用了make_heap，而且大小堆类型得匹配），与make_heap
一样，第三个参数传递的都是函数对象的用

法。sort 和 sort_heap 默认都是从小到大排序，除非重载的版本传递了第三个参数，如下，第三个参数可以是函数指针，也可以是函数对象：

 C++ Code 

1 2 3 4 5 6 7 8

// order heap by repeatedly popping, using operator< template<class _RanIt> inline void sort_heap(_RanIt _First, _RanIt _Last); // order heap by repeatedly popping, using _Pred template < class _RanIt,          class _Pr > inline void sort_heap(_RanIt _First, _RanIt _Last, _Pr _Pred);

传递greater 构造的是小堆，如下图所示：



参考：

C++ primer 第四版

Effective C++ 3rd

C++编程规范