C++容器适配与栈的实现及dequeque和优先级详解

容器适配器

我们可以看出，栈中没有空间配置器（内存池），而是适配器

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

栈的实现

#include<vector>
#include<iostream>
using namespace std;
namespace myspace
{
template<class T>
class Stack
{
public:
void push(const T& x)
{
_con.push_back(x);
}
void pop()
{
_con.pop_back();
}
T& top()
{
return _con.back();//back接口访问尾部的数据
}
T& top()const
{
return _con.back();//back接口访问尾部的数据
}
bool empty()
{
return _con.empty();
}
size_t size()const
{
return _con.size();
}
private:
vector<T> _con;
};
}

此时这个栈并不是适配器，因为底层被写死了，底层是用vector实现的，如果想让它适配，加上适配器即可

此时就是适配器

list

注意队列不能用vector，编译会报错，因为不支持头删，没有pop_front

queque实现

namespace myspace
{
template<class T, class Container = deque<T>>
class queue
{
public:
void push(const T& x)
{
_con.push_back(x);
}
void pop()
{
_con.pop_front();
}
T& back()
{
return _con.back();
}
T& front()
{
return _con.front();
}
const T& back() const
{
return _con.back();
}
const T& front() const
{
return _con.front();
}
bool empty()  const
{
return _con.empty();
}
size_t size() const
{
return _con.size();
}
private:
Container _con;
};
}

dequeque

我们发现栈和队列都有一个dequeque

dequeque不是队列，是vector和list的结合体

1.支持任意位置的插入删除

2.支持随机访问

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，其底层结构如下图所示：

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，如下图所示：

dequeque的缺陷

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，因此其效率是必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（中间的插入删除效率很低），

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

测试之后，dequeque显然效率低

void test_op()
{
srand(time(0));
const int N = 100000;
vector<int> v;
v.reserve(N);
deque<int> dp;
for (int i = 0; i < N; ++i)
{
auto e = rand();
v.push_back(e);
dp.push_back(e);
}
int begin1 = clock();
sort(v.begin(), v.end());
int end1 = clock();
int begin2 = clock();
sort(dp.begin(), dp.end());
int end2 = clock();
printf("vector sort:％d\n", end1 - begin1);
printf("deque sort:％d\n", end2 - begin2);
}

优先级队列

priority_queque

优先级队列的底层是堆（二叉树的堆）

第二个参数容器适配器，第三个参数仿函数，less是大的优先级高

后面俩个参数给缺省值，测试优先级队列，默认大的优先级高

也可以用一个区间去初始化

把第三个参数改为greater，就是小的优先级高

习题

class Solution {
public:
   int findKthLargest(vector<int>& nums, int k) {
       priority_queue<int>  pq(nums.begin(),nums.end());
      while(--k)
      {
          pq.pop();
      }
      return pq.top();
   }
};

215. 数组中的第K个最大元素 - 力扣（LeetCode）

优先级队列模拟实现

namespace myspace
{
//大堆
template<class T,class Container=vector<T>>
class priority_queque
{
public:
template<class InputerIterator>
priority_queque(InputerIterator first, InputerIterator last)//迭代器区间
{
while (first < last)
{
_con.push_back(*first);
++first;
}
//建堆
for (int i = (_con.size() - 1 - 1)/2;i>=0;--i)
{
adjust_down(i);
  }
}
priority_queque()//默认构造，不然会报错，因为上面的迭代器区间这个函数跟构造函数同名
{}
void adjust_up(size_t child)
{
size_t parent = (child - 1) / 2;
while (child>0)
{
if (_con[parent] < _con[child])
{
std::swap(_con[parent], _con[child]);
child = parent;
parent = (child - 1) / 2;
}
else
{
break;
}
}
}
void adjust_down(size_t parent)
{
size_t child = parent * 2 + 1;
while (child < _con.size())
{
if (child + 1 < _con.size() && _con[child + 1] > _con[child])
{
++child;
} //选出最大的孩子
if (_con[child] > _con[parent])
{
std::swap(_con[child],_con[parent]);
parent = child;
child = parent * 2 + 1;
}
else
{
break;
}
}
}
void push(const T& x)//（大堆）堆的插入
{
_con.push_back(x);
adjust_up(_con.size()-1);//尾插后向上跳转
}
void pop()//删除堆顶数据
{
std::swap(_con[0], _con[_con.size() - 1]);
_con.pop_back();
adjust_down(0);
}//对顶数据和最后一个数据交换，之后删除最后一个数据，然后向下调整堆
const T& top()
{
return _con[0];
}
bool empty()
{
return _con.empty();
}
size_t size()const
{
return _con.size();
}
private:
Container _con;
};
}
int main()
{
int a[]= { 156,132,156,156,31,5,15,31,364,15 };
myspace::priority_queque<int> pq(a,a+sizeof(a)/sizeof(int));
while (!pq.empty())
{
cout << pq.top() << " ";
pq.pop();
}
return 0;
}

优先级队列要控制比较大小的逻辑，上面的写法我们以大堆为例但是这样把优先级队列给写死了，如果把里面的>改为<则会变成小堆，但是这样比较麻烦。上面我们只传了俩个参数，还有一个参数没传，第三个参数是仿函数

仿函数

仿函数/函数对象——是个类，重载的是operator（），类对象可以像函数一样去使用，本质就是重载

（）也是一个运算符

跟sort不同，sort传的是函数模板，传的是对象，而这里传的是类模板，传的是类型

这里的lsFunc不是函数名，而是一个类对象

这俩个等价

不仅有less，还有greater

namespace myspace
{
template<class T>
class less
{
public:
bool operator()(const T& l, const T& r)const
{
return l < r;
}
};
template<class T>
class greater
{
public:
bool operator()(const T& l, const T& r)const
{
return l > r;
}
};
}

我们将这里全部改成小于号

传入仿函数

这样就可以去替换小于号

小堆

大堆

完整代码

namespace myspace
{
//大堆
template<class T,class Container=vector<T>,class Compare=less<T>>
class priority_queque
{
public:
template<class InputerIterator>
priority_queque(InputerIterator first, InputerIterator last)//迭代器区间
{
while (first < last)
{
_con.push_back(*first);
++first;
}
//建堆
for (int i = (_con.size() - 1 - 1)/2;i>=0;--i)
{
adjust_down(i);
  }
}
priority_queque()//默认构造，不然会报错，因为上面的迭代器区间这个函数跟构造函数同名
{}
Compare com;
void adjust_up(size_t child)
{
size_t parent = (child - 1) / 2;
while (child>0)
{
if (com(_con[parent] , _con[child]))
{
std::swap(_con[parent], _con[child]);
child = parent;
parent = (child - 1) / 2;
}
else
{
break;
}
}
}
void adjust_down(size_t parent)
{
size_t child = parent * 2 + 1;
while (child < _con.size())
{
if (child + 1 < _con.size() &&  com(_con[child],_con[child + 1]) )
{
++child;
} //选出最大的孩子
if ( com(_con[parent],_con[child]))
{
std::swap(_con[child],_con[parent]);
parent = child;
child = parent * 2 + 1;
}
else
{
break;
}
}
}
void push(const T& x)//（大堆）堆的插入
{
_con.push_back(x);
adjust_up(_con.size()-1);//尾插后向上跳转
}
void pop()//删除堆顶数据
{
std::swap(_con[0], _con[_con.size() - 1]);
_con.pop_back();
adjust_down(0);
}//对顶数据和最后一个数据交换，之后删除最后一个数据，然后向下调整堆
const T& top()
{
return _con[0];
}
bool empty()
{
return _con.empty();
}
size_t size()const
{
return _con.size();
}
private:
Container _con;
};
}
namespace myspace
{
template<class T>
class less
{
public:
bool operator()(const T& l, const T& r)const
{
return l < r;
}
};
template<class T>
class greater
{
public:
bool operator()(const T& l, const T& r)const
{
return l > r;
}
};
}
int main()
{
int a[]= { 156,132,156,156,31,5,15,31,364,15 };
myspace::priority_queque<int,vector<int>,less<int>> pq(a,a+sizeof(a)/sizeof(int));
while (!pq.empty())
{
cout << pq.top() << " ";
pq.pop();
}
return 0;
}

来源：https://blog.csdn.net/weixin_49449676/article/details/127202451