STL 笔记(三) 容器适配器 stack、queue、priority_queue
2015-06-27 22:33
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栈 stack
栈 stack 是一种先进后出的(First In Last Out, FILO)的数据结构。在 STL中,stack 底层容器默认使用的是deque, 也可以自己指定用 vector 或 list 容器,然后将其接口适配为栈的接口。部分源代码:[cpp] view
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// stack source code (部分)
template <class _Tp,
class _Sequence __STL_DEPENDENT_DEFAULT_TMPL(deque<_Tp>) >
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; // 内部维护的容器, 默认 deque
public:
stack() : c() {}
explicit stack(const _Sequence& __s) : c(__s) {}
bool empty() const { return c.empty(); } // 是否为空
size_type size() const { return c.size(); } // 栈的大小
reference top() { return c.back(); } // 访问栈顶元素
const_reference top() const { return c.back(); } // 访问栈顶元素(只读)
void push(const value_type& __x) { c.push_back(__x); } // 入栈
void pop() { c.pop_back(); } // 出栈
};
队列 queue
队列 queue 是一种先进先出(First In First Out, FIFO)的数据结构。在 STL 中,queue 底层容器默认使用 deque, 然后将其接口适配为队列的接口。部分源代码:[cpp] view
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// queue source code (部分)
template <class _Tp,
class _Sequence __STL_DEPENDENT_DEFAULT_TMPL(deque<_Tp>) >
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; // 内部维护的容器, 默认 deque
public:
queue() : c() {}
explicit queue(const _Sequence& __c) : c(__c) {}
bool empty() const { return c.empty(); } // 是否为空
size_type size() const { return c.size(); } // 队列大小
reference front() { return c.front(); } // 访问队首元素
const_reference front() const { return c.front(); } // 访问队首元素(只读)
reference back() { return c.back(); } // 访问队尾元素
const_reference back() const { return c.back(); } // 访问队尾元素(只读)
void push(const value_type& __x) { c.push_back(__x); } // 出队
void pop() { c.pop_front(); } // 入队
};
优先级队列 priority_queue
优先级队列 priority_queue 是一种允许用户以任意顺序将元素放入容器,但是取出元素时一定是从最高优先级的元素开始取出。默认值大的优先级高,priority_queue 默认用 vector 容器维护一个最大堆。简单介绍一下堆,堆一般是一种隐式表述(implicit representation),简单的说堆是由另外一种容器(这里就是 vector )实现。二叉堆 binary-heap 是或近似是完全二叉树,一般用数组来存储,因为其按照层序遍历正好和数组一一对应。堆分为两种:
当父节点的键值总是大于或等于任何一个子节点的键值时为最大堆
当父节点的键值总是小于或等于任何一个子节点的键值时为最小堆
由于堆中的操作都基于父子节点的搜索。如果用数组的话,那么不需要额外的存储空间就可以轻松实现:
左子节点标号 = 父节点标号*2+1
右子节点标号 = 父节点标号*2+2
父节点标号 =(子节点标号-1)/2
另外堆要求数组长度动态,所以用vector实现。部分源代码:
[cpp] view
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// priority_queue source code (部分)
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; // 内部维护容器, 默认 vector
_Compare comp; // 优先级决策判别
public:
priority_queue() : c() {}
explicit priority_queue(const _Compare& __x) : c(), comp(__x) {} //用户可指定自己的优先级决策函数
priority_queue(const _Compare& __x, const _Sequence& __s)
: c(__s), comp(__x)
{ make_heap(c.begin(), c.end(), comp); }
bool empty() const { return c.empty(); } // 是否为空
size_type size() const { return c.size(); } // 队列大小
const_reference top() const { return c.front(); } // 访问队首元素(只读,堆顶的元素)
// 入队
void push(const value_type& __x) {
__STL_TRY {
c.push_back(__x); // 先放入 vector c 的尾端
push_heap(c.begin(), c.end(), comp); // push_heap 泛型算法,元素先插尾端,然后上溯,复杂度为 O(logn)
}
__STL_UNWIND(c.clear());
}
// 出队
void pop() {
__STL_TRY {
pop_heap(c.begin(), c.end(), comp);
// (1) 保存 vector 尾部的值到临时变量, ;
// (2) 将堆顶的值放在 vector 的尾部,堆顶变成空洞节点(空洞对于最大堆可理解为无穷小);
// (3) 将堆顶的这个空洞下溯,直到移到最底层,成为叶节点;
// (4) 将原尾部的值放入到已移到底层的空洞中;
// (5) 对放入空洞的原尾部值在进行上溯,以维持最大堆特点;
c.pop_back(); // 重排后,删除 vcetor 中的最后一个元素
}
__STL_UNWIND(c.clear());
}
};
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