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网站建设销售需要哪些,宣传软文案例,百度云app下载安装,网站购买广告位文章目录 容器适配器简介deque的缺陷为什么使用deque作为stack和queue的底层默认容器 stack和queue的简单讲解Stack#xff08;栈#xff09;栈的操作图示栈的相关接口 Queue#xff08;队列#xff09; Stack和Queue的模拟实现Stack#xff08;栈#xff09;作为容器适配… 文章目录 容器适配器简介deque的缺陷为什么使用deque作为stack和queue的底层默认容器 stack和queue的简单讲解Stack栈栈的操作图示栈的相关接口 Queue队列 Stack和Queue的模拟实现Stack栈作为容器适配器的特性模拟实现 Queue队列作为容器适配器的特性模拟实现 PriorityQueue优先级队列优先级队列的特性priority_queue的使用常用接口传入自定义类型的注意事项使用自定义类型传入应用示例 priority_queue的模拟实现deque的实际应用 仿函数Functor什么是仿函数仿函数的定义仿函数的特性状态保存参数化灵活性 仿函数的使用场景 容器适配器简介 适配器Adapter是一种设计模式其主要作用是将一个类的接口转换为另一个客户希望的接口。在STLStandard Template Library中适配器用来封装底层容器提供特定的接口和行为。这种封装可以使得不同的底层容器在接口上保持一致从而简化代码的使用和维护。 本文所涉及的stack、queue和priority_queue都是容器适配器在底层都可以通过在接口传入的容器类型来进行底层的容器实现。 以上官方接口图示中Container就是适配器初始化时容器类型的指定Compare是仿函数也可以实现相关的适配。 deque的缺陷 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。 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listdeque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。 为什么使用deque作为stack和queue的底层默认容器 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 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。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。 关于deque的详细讲解 [C] vector对比list deque的引出-CSDN博客 stack和queue的简单讲解 Stack栈 栈的操作图示 栈的相关接口 栈是一种后进先出LIFO, Last In First Out的数据结构通常用于存储临时数据或实现递归。其基本操作包括 接口函数说明push(x)将元素x压入栈顶pop()移除并返回栈顶元素top()返回栈顶元素empty()判断栈是否为空size()返回栈中元素个数 Queue队列 队列是一种先进先出FIFO, First In First Out的数据结构适用于需要顺序处理数据的场景。其基本操作包括 接口函数说明push(x)将元素x加入队尾pop()移除并返回队头元素front()返回队头元素back()返回队尾元素empty()判断队列是否为空size()返回队列中元素个数 Stack和Queue的模拟实现 Stack栈 作为容器适配器的特性 后进先出LIFO栈是一种遵循 LIFO 原则的数据结构这意味着最后被添加到栈中的元素将是第一个被移除的元素。受限的接口与完整的容器不同栈的接口限制了用户只能通过栈顶进行操作不允许直接访问栈中的其他元素。主要操作 push向栈顶添加一个元素。pop移除栈顶的元素。top访问栈顶的元素不移除它。 空栈检查可以检查栈是否为空以便在尝试访问或移除元素之前确保栈不为空。大小限制可以查询栈中元素的数量但不允许直接通过索引访问元素。迭代器虽然栈的迭代器功能有限但栈仍然提供了迭代器允许遍历栈中的元素尽管只能从栈顶开始。异常中立性栈的操作如 push 和 pop保证不抛出异常除非是底层容器的操作抛出异常。底层容器栈通常使用 deque 或 vector 作为底层容器来存储元素。选择哪种容器取决于具体的实现和性能要求。模板类栈是一个模板类可以存储任意类型的元素。不提供排序栈不提供元素排序功能它只提供了基本的 LIFO 操作。不提供元素删除除了 pop 操作外栈不提供从栈中删除任意位置元素的功能。不提供直接访问不能直接访问或修改栈中的元素除了栈顶元素。 模拟实现 templateclass T, class Container std::dequeT class stack { public:// 向栈顶添加一个元素void push(const T x) {_con.push_back(x); // 使用底层容器的 push_back 方法}// 移除栈顶元素void pop() {if (empty()) {throw std::out_of_range(Stack::pop: empty stack);}_con.pop_back(); // 使用底层容器的 pop_back 方法}// 获取栈顶元素的引用const T top() const {if (empty()) {throw std::out_of_range(Stack::top: empty stack);}return _con.back(); // 使用底层容器的 back 方法}// 获取栈中元素的数量size_t size() const {return _con.size();}// 检查栈是否为空bool empty() const {return _con.empty();}private:Container _con; // 底层容器 };Queue队列 作为容器适配器的特性 队列是一种容器适配器专门用于在FIFO上下文(先进先出)中操作其中从容器一端插入元素另一端提取元素。队列作为容器适配器实现容器适配器即将特定容器类封装作为其底层容器类queue提供一组特定的成员函数来访问其元素。元素从队尾入队列从队头出队列。底层容器可以是标准容器类模板之一也可以是其他专门设计的容器类。该底层容器应至少支持以下操作: empty检测队列是否为空size返回队列中有效元素的个数front返回队头元素的引用back返回队尾元素的引用push_back在队列尾部入队列pop_front在队列头部出队列 标准容器类deque和list满足了这些要求。默认情况下如果没有为queue实例化指定容器 类则使用标准容器deque 模拟实现 templateclass T, class Container std::dequeT class queue { public:// 向队列尾部添加一个元素void push(const T x) {_con.push_back(x); // 使用底层容器的 push_back 方法}// 移除队列头部的元素void pop() {if (empty()) {throw std::out_of_range(Queue::pop: empty queue);}_con.pop_front(); // 使用底层容器的 pop_front 方法}// 获取队列头部元素的引用const T front() const {if (empty()) {throw std::out_of_range(Queue::front: empty queue);}return _con.front(); // 使用底层容器的 front 方法}// 获取队列尾部元素的引用const T back() const {if (empty()) {throw std::out_of_range(Queue::back: empty queue);}return _con.back(); // 使用底层容器的 back 方法}// 获取队列中元素的数量size_t size() const {return _con.size();}// 检查队列是否为空bool empty() const {return _con.empty();}private:Container _con; // 底层容器默认为 deque };PriorityQueue优先级队列 优先级队列是一种特殊的队列元素按照优先级排列。其基本操作类似于堆主要用于调度算法、路径搜索等需要频繁获取最高优先级元素的场景。 优先级队列的特性 优先队列是一种容器适配器根据严格的弱排序标准它的第一个元素总是它所包含的元素中最大的。此上下文类似于堆在堆中可以随时插入元素并且只能检索最大堆元素(优先队列中位于顶部的元素)。优先队列被实现为容器适配器容器适配器即将特定容器类封装作为其底层容器类queue提供一组特定的成员函数来访问其元素。元素从特定容器的“尾部”弹出其称为优先队列的顶部。底层容器可以是任何标准容器类模板也可以是其他特定设计的容器类。容器应该可以通过随机访问迭代器访问并支持以下操作 empty()检测容器是否为空size()返回容器中有效元素个数front()返回容器中第一个元素的引用push_back()在容器尾部插入元素pop_back()删除容器尾部元素 标准容器类vector和deque满足这些需求。默认情况下如果没有为特定的priority_queue 类实例化指定容器类则使用vector。需要支持随机访问迭代器以便始终在内部保持堆结构。容器适配器通过在需要时自动调用 算法函数make_heap、push_heap和pop_heap来自动完成此操作。 priority_queue的使用 优先级队列默认使用vector作为其底层存储数据的容器在vector上又使用了堆算法将vector中元素构造成堆的结构因此priority_queue就是堆所有需要用到堆的位置都可以考虑使priority_queue。 注意默认情况下priority_queue是大堆。 常用接口 接口函数说明push(x)插入元素xpop()移除并返回最大或最小元素top()返回最大或最小元素但不移除empty()判断队列是否为空size()返回队列中元素个数emplace(x)就地构造元素x并插入队列swap(q)交换当前优先级队列与q中的元素std::lessT默认仿函数构建最大堆std::greaterT自定义仿函数构建最小堆需自定义仿函数参数 传入自定义类型的注意事项 当你使用 std::priority_queue 时它默认使用 运算符来确定元素之间的优先级关系即默认情况下较小的元素会被认为是具有较高优先级的。然而std::priority_queue 也允许用户指定一个自定义的比较函数这使得你可以定义自己的优先级规则。 所以如果在priority_queue中放自定义类型的数据需要在自定义类型中提供或者 的重载。 如果你要将自定义类型的对象放入 std::priority_queue 中并且希望使用不同于默认的优先级规则例如你可能希望较大的元素具有较高的优先级你需要提供一个自定义的比较函数。这个比较函数可以是 一个函数对象functor。一个普通的函数。一个 lambda 表达式。 这就是仿函数的基本用法。当使用自定义类型时传入std::greaterT或std::lessT会自动调用自定义类型重载的和来构建优先级队列。 使用自定义类型传入应用示例 class Date { public:// 构造函数初始化日期Date(int year 1900, int month 1, int day 1): _year(year), _month(month), _day(day) {}// 重载小于运算符用于比较两个日期bool operator(const Date d) const {return (_year d._year) ||(_year d._year _month d._month) ||(_year d._year _month d._month _day d._day);}// 重载大于运算符用于比较两个日期bool operator(const Date d) const {return (_year d._year) ||(_year d._year _month d._month) ||(_year d._year _month d._month _day d._day);}// 友元函数重载输出流运算符用于输出日期friend std::ostream operator(std::ostream os, const Date d) {os d._year - d._month - d._day;return os;}private:int _year;int _month;int _day; };void TestPriorityQueue() {// 使用默认的 priority_queue 创建最大堆std::priority_queueDate q1;q1.push(Date(2018, 10, 29));q1.push(Date(2018, 10, 28));q1.push(Date(2018, 10, 30));std::cout Max heap top: q1.top() std::endl;// 使用自定义比较对象 greaterDate 创建最小堆std::priority_queueDate, std::vectorDate, std::greaterDate q2;q2.push(Date(2018, 10, 29));q2.push(Date(2018, 10, 28));q2.push(Date(2018, 10, 30));std::cout Min heap top: q2.top() std::endl; }int main() {TestPriorityQueue();return 0; }TestPriorityQueue 函数展示了如何使用 std::priority_queue 来创建最大堆和最小堆。最大堆 q1 使用 Date 类的 运算符来确定元素的优先级而最小堆 q2 使用 std::greaterDate 来实现它将 Date 类型的 运算符作为比较函数。函数最后输出了两个堆的顶部元素。 priority_queue的模拟实现 templateclass T class Less { public:bool operator()(const T x, const T y) const { return x y;} };templateclass T class Greater { public:bool operator()(const T x, const T y) const { return x y;} };namespace bee {templateclass T, class Container std::vectorT, class Compare LessTclass priority_queue {public:void adjustUp(int child) {while (child 0) {int parent (child - 1) / 2;if (_compare(_con[child], _con[parent])) {std::swap(_con[child], _con[parent]);child parent;} else {break;}}}void push(const T x) {_con.push_back(x);adjustUp(static_castint(_con.size()) - 1);}void adjustDown(int parent) {int child parent * 2 1;while (child _con.size()) {int right_child child 1;if (right_child _con.size() _compare(_con[child], _con[right_child])) {child right_child;}if (_compare(_con[child], _con[parent])) {std::swap(_con[child], _con[parent]);parent child;child parent * 2 1;} else {break;}}}void pop() {std::swap(_con[0], _con.back());_con.pop_back();adjustDown(0);}T top() const { // 添加 const 并移除 return 关键字return _con[0];}size_t size() const {return _con.size();}bool empty() const {return _con.empty();}private:Container _con;Compare _compare; // 存储比较函数对象}; }在底层使用堆进行维护符合了deque的逻辑。 deque的实际应用 struct Task {int priority;std::string name;// 重载运算符用于比较任务的优先级priority越小优先级越高bool operator(const Task other) const {return priority other.priority; // priority值越小优先级越高} };int main() {std::priority_queueTask taskQueue;// 添加任务到队列taskQueue.push(Task{3, Task A});taskQueue.push(Task{1, Task B});taskQueue.push(Task{2, Task C});// 处理任务while (!taskQueue.empty()) {Task currentTask taskQueue.top();std::cout Processing currentTask.name with priority currentTask.priority std::endl;taskQueue.pop();}在这个例子中我们定义了一个Task结构体每个任务有一个优先级和名称。我们使用std::priority_queue来管理这些任务并通过重载operator来定义任务的优先级比较规则。优先级最高的任务priority值最小会首先被处理。 仿函数Functor 什么是仿函数 仿函数Functor是指实现了operator()的对象。在C中仿函数是一种能够像普通函数一样被调用的对象。它们通过重载函数调用运算符operator()来实现这一点因此可以像函数一样使用。 通过重载operator()仿函数可以模拟函数的行为使得对象不仅可以保存状态还可以执行操作。这种机制在C中非常有用特别是在STL标准模板库中它允许用户自定义排序准则、筛选条件等。 仿函数的定义 仿函数是一个类或者结构体通过重载operator()来实现。基本形式如下 class Functor { public:void operator()(/* 参数列表 */) {// 函数体} };仿函数的特性 状态保存 仿函数可以有成员变量这允许它们在调用时保存状态。这是与普通函数的一个重要区别因为普通函数没有状态。仿函数可以应用在需要保留上下文信息的场景。例如计数器仿函数可以记录被调用的次数 class Counter { public:Counter() : count(0) {}void operator()() {count;std::cout Called count times std::endl;}private:int count; };int main() {Counter countCalls;countCalls(); // 输出 Called 1 timescountCalls(); // 输出 Called 2 timesreturn 0; }在这个例子中Counter仿函数保存了调用次数并在每次调用时输出当前的调用次数。 参数化 仿函数可以通过构造函数参数传递数据使得调用operator()时可以使用这些数据进行操作也就是在上文适配器中关于仿函数的使用方式。 灵活性 仿函数可以重载operator()来实现不同的功能比如比较、操作等提供了很大的灵活性。结合灵活性与参数化可以灵活的控制相关容器的底层存储。 templateclass T, class Container std::vectorT, class Compare LessT通过传递仿函数用户可以自定义优先级队列的元素排列规则 例如在上文实现优先级队列的模拟实现代码中就使用的仿函数作为模板参数 在priority_queue中仿函数Compare决定了元素的优先级顺序。默认情况下LessT会将较小的元素放在堆顶形成最小堆。如果使用GreaterT则会形成最大堆。仿函数的灵活性允许用户根据需要自定义优先级队列的行为。仿函数的使用使得priority_queue能够支持多种排列规则而不需要修改底层容器的实现。 仿函数的使用场景 排序在STL算法如std::sort中可以使用仿函数自定义排序准则。筛选在STL算法如std::remove_if中可以使用仿函数定义筛选条件。优先级队列在std::priority_queue中仿函数用于定义元素的优先级排序。延迟计算通过在仿函数中保存状态用户可以实现延迟计算的逻辑。 具体的应用请通过上文优先级队列理解。