C++——stack、queue的实现及deque的介绍

本文主要是介绍C++——stack、queue的实现及deque的介绍，希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！

目录

1.stack与queue的实现

1.1stack的实现

 1.2 queue的实现

2.重温vector、list、stack、queue的介绍

2.1 STL标准库中stack和queue的底层结构

 3.deque的简单介绍

3.1为什么选择deque作为stack和queue的底层默认容器

 3.2 STL中对stack与queue的模拟实现

①stack模拟实现

②queue模拟实现

3.3deque的缺陷

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1.stack与queue的实现

1.1stack的实现

在C++入门10——stack与queue的使用中看到：stack的接口函数无非就是这些：

从栈的接口中可以看出，栈实际是一种特殊的vector，因此使用vector完全可以模拟实现stack：

#include<vector>namespace xxk
{template<class T>class stack{public://构造stack(){}//压栈void push(const T& x){_c.push_back(x);}//出栈void pop(){_c.pop_back();}//获取栈顶元素T& top(){return _c.back();}const T& top() const{return _c.back();}//获取有效元素个数size_t size() const{return _c.size();}//检测栈是否为空bool empty() const{return _c.empty();}private:std::vector<T> _c;};
}

 1.2 queue的实现

queue的接口存在这些：

因为queue的接口中存在头删和尾插，因此使用vector来封装效率太低，故可以借助list来模拟实现queue：

#include <list>namespace xxk
{template<class T>class queue{public://构造queue(){}//队尾入队列void push(const T& x){_c.push_back(x);}//队头出队列void pop()const{_c.pop_front();}//获取队尾元素T& back(){return _c.back();}const T& back() const{return _c.back();}//获取队头元素T& front(){return _c.front();}const T& front() const{return _c.front();}//获取有效元素个数size_t size() const{return _c.size();}//判断是否为空bool empty() const{return _c.empty();}private:std::list<T> _c;};
}

2.重温vector、list、stack、queue的介绍

我们在学习vector、list和stack与queue的使用时，对四者分别有这样的介绍：

①Vectors are sequence containers...——Vector是序列容器......；

②Lists are sequence containers...——List是序列容器......；

③Stacks are a type of container adaptor...——Stack是一种容器适配器......；

④queues are a type of container adaptor...——queue是一种容器适配器......；

显然前两者是容器，后两者是容器适配器，这是两种不同的表述。那为什么stack与queue不是容器呢？想要弄明白这个问题，我们就需要从stack与queue的底层结构找答案。

2.1 STL标准库中stack和queue的底层结构

虽然stack和queue中也可以存放元素，但在STL中并没有将其划分在容器的行列，而是将其称为容器适配器，这是因为stack和queue只是对其他容器的接口进行了包装，STL中stack和queue默认使用deque，比如：

关于适配器，我们可以想到平时用的插座的例子：

比如有一个三孔电源，可手机充电时却要用到两孔电源，在没有两孔电源的前提下，我们就可以增加一个电源适配器将三孔电源转换为两孔电源：

 在这里我们就可以简单理解为：三孔电源就是deque容器，电源适配器就是stack和queue容器适配器，手机充电器就是对象：

说到这里，我们就不得不了解一下deque了。

 3.deque的简单介绍

deque(双端队列)：是一种双开口的"连续"空间的数据结构，双开口的含义是：可以在头尾两端进行插入和删除操作，且时间复杂度为O(1)，与vector比较，头插效率高，不需要搬移元素；与list比较，空间利用率比较高。

（注意：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，双端队列底层是一段假想的连续空间，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）

3.1为什么选择deque作为stack和queue的底层默认容器

在上面我们已经用vector和list分别实现了stack与queue，既然vector和list就能实现，为什么STL中却要用deque这样一个使用频次不如vector和list的容器呢？

这是因为：

stack是一种后进先出的特殊线性数据结构，因此只要具有push_back()和pop_back()操作的线性结构，都可以作为stack的底层容器，比如vector和list都可以；

queue是先进先出的特殊线性数据结构，只要具有 push_back和pop_front操作的线性结构，都可以作为queue的底层容器，比如list。

但是STL中对stack和 queue默认选择deque作为其底层容器，主要是因为：

1. stack和queue不需要遍历(因此stack和queue没有迭代器)，只需要在固定的一端或者两端进行操作。

2. 在stack中元素增长时，deque比vector的效率高(扩容时不需要搬移大量数据)；queue中的元素增长时，deque不仅效率高，而且内存使用率高。

结合了deque的优点，而完美的避开了其缺陷。

 3.2 STL中对stack与queue的模拟实现

①stack模拟实现

#include<deque>
#include<vector>
#include<list>
namespace xxk
{template<class T, class Con = deque<T>>//template<class T, class Con = vector<T>>//template<class T, class Con = list<T>>class stack{public:stack() {}void push(const T& x) { _c.push_back(x); }void pop() { _c.pop_back(); }T& top() { return _c.back(); }const T& top()const { return _c.back(); }size_t size()const { return _c.size(); }bool empty()const { return _c.empty(); }private:Con _c;};
}

②queue模拟实现

#include<deque>#include <list>
namespace xxk
{template<class T, class Con = deque<T>>//template<class T, class Con = list<T>>class queue{public:queue() {}void push(const T& x) { _c.push_back(x); }void pop() { _c.pop_front(); }T& back() { return _c.back(); }const T& back()const { return _c.back(); }T& front() { return _c.front(); }const T& front()const { return _c.front(); }size_t size()const { return _c.size(); }bool empty()const { return _c.empty(); }private:Con _c;};
}

3.3deque的缺陷

①与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；

②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；

③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，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。

这篇关于C++——stack、queue的实现及deque的介绍的文章就介绍到这儿，希望我们推荐的文章对编程师们有所帮助！

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