成都网站建设 lkcms,电子政务门户网站建设方案,深圳小程序制作流程,打开网站建设中是什么意思#x1f3d6;️作者#xff1a;malloc不出对象 ⛺专栏#xff1a;C的学习之路 #x1f466;个人简介#xff1a;一名双非本科院校大二在读的科班编程菜鸟#xff0c;努力编程只为赶上各位大佬的步伐#x1f648;#x1f648; 目录 前言一、什么是容器适配器1.1 stack的… ️作者malloc不出对象 ⛺专栏C的学习之路 个人简介一名双非本科院校大二在读的科班编程菜鸟努力编程只为赶上各位大佬的步伐 目录 前言一、什么是容器适配器1.1 stack的介绍1.2 stack的使用1.3 queue的介绍1.4 queue的使用 二、stack的模拟实现三、queue的模拟实现四、deque的简单介绍4.1 deque的原理介绍4.2 deque的缺陷4.3 性能测试4.3 为什么选择 deque 作为 stack 和 queue 的底层默认容器4.4 STL标准库中对于stack和queue的模拟实现 前言
本篇文章我们主要讲解的是C中的容器适配器(stack、queue)以及它们的模拟实现还提到了容器deque和它的优缺点
一、什么是容器适配器 容器适配器是STL标准模板库中的一种特殊容器它们通过在现有的容器之上提供新的接口和功能来改变现有容器的行为可以帮助简化某些特定类型的操作。 容器适配器提供了许多不同的功能包括栈stack、队列queue、优先队列priority_queue等。它们都是基于其他STL容器如vector、deque、list实现的因此可以使用这些容器提供的底层数据结构来支持它们的操作。 总之容器适配器是STL中的一种重要组件它们提供了一种简单易用的方式来实现特定数据结构的操作从而提高了编程效率和代码的可读性。同时对于一些需要高效数据结构的场景应该根据实际需求选择最适合的数据结构。 1.1 stack的介绍
关于stack想必不用我过多的进行介绍了吧其中它最大的特点就是后进先出在我们很多的设计场景中经常出现 stack是一种容器适配器专门用在具有后进先出操作的上下文环境中其删除只能从容器的一端进行元素的插入与提取操作。stack是作为容器适配器被实现的容器适配器即是对特定类封装作为其底层的容器并提供一组特定的成员函数来访问其元素将特定类作为其底层的元素特定容器的尾部(即栈顶)被压入和弹出。stack的底层容器可以是任何标准的容器类模板或者一些其他特定的容器类这些容器类应该支持以下操作 empty判空操作 back获取尾部元素操作 push_back尾部插入元素操作 pop_back尾部删除元素操作标准容器vector、deque、list均符合这些需求默认情况下如果没有为stack指定特定的底层容器默认情况下使用deque. 1.2 stack的使用
函数说明接口说明empty()判断栈是否为空size()返回栈中元素的个数top()返回栈顶元素的引用push()将元素压入栈中pop()将栈顶元素弹出
栈的使用成本很低下面我们来简单的使用演示一下 1.3 queue的介绍 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. 1.4 queue的使用
函数说明接口说明empty()判断队列是否为空size()返回队列中元素的个数front()返回队头元素的引用back()返回队尾元素的引用push()在队尾压入元素pop()将队头元素出队列
我们简单的看下queue的使用 二、stack的模拟实现
stack作为容器适配器它可以通过使用 vector、list 和 deque等底层容器来实现它的函数接口stl中的 stack和queue都是默认使用双端队列 deque来进行封装的后续我们会谈及deque双端队列下面我们默认使用的vector容器进行包装。
// stack.h
namespace curry
{templateclass T, class Container vectorTclass stack{public:void push(const T x){_con.push_back(x);}void pop(){_con.pop_back();}const T top(){return _con.back();}size_t size(){return _con.size();}bool empty(){return _con.empty();}private:Container _con;};void test_stack(){stackint st;st.push(1);st.push(2);st.push(3);st.push(4);cout st.size() endl;while (!st.empty()){cout st.top() ;st.pop();}cout endl;}
}三、queue的模拟实现
由于queue队列支持头插与头删而我们的vector容器是不支持头插头删的因为这样会大量挪动数据影响效率所以这里我们采用list容器对它进行包装。
// queue.h
namespace curry
{templateclass T, class Container listTclass queue{public:void push(const T x){_con.push_back(x);}// 队头出void pop(){_con.pop_front();}const T back(){return _con.back();}const T front(){return _con.front();}size_t size(){return _con.size();}bool empty(){return _con.empty();}private:Container _con;};void test_queue(){queueint q;q.push(1);q.push(2);q.push(3);q.push(4);cout q.size() endl;cout q.back() endl;while (!q.empty()){cout q.front() ;q.pop();}cout endl;}
}四、deque的简单介绍
4.1 deque的原理介绍 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。 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 那deque是如何借助其迭代器维护其假想连续的结构呢 下面我们简单的来看看deque的使用 那么既然deque同时拥有了vector与list的性能为何deque没有取代它们呢
答案很显然deque并没有想象中的那么强大因为它是有很大缺陷的。
4.2 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。
4.3 性能测试
#include deque
#include vector
#include iostream
#include algorithm
using namespace std;// N个数据需要排序vector 算法sort deque sort
void Test()
{srand(time(0));const int N 1000000;vectorint v;v.reserve(N);dequeint dq;for (int i 0; i N; i){auto e rand();v.push_back(e);dq.push_back(e);}int begin1 clock();sort(v.begin(), v.end());int end1 clock();int begin2 clock();sort(dq.begin(), dq.end());int end2 clock();printf(vector sort:%d\n, end1 - begin1);printf(dequeue sort:%d\n, end2 - begin2);
}int main()
{Test();return 0;
}在release版本下vector随机访问的速度大概是deque的两倍而debug下deque的随机访问的速度比vector要慢上3倍多可见deque随机访问的速率不如vector极致这是因为deque设计的机制导致随机访问的速率更慢。
4.3 为什么选择 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。 4.4 STL标准库中对于stack和queue的模拟实现
stack的模拟实现 namespace curry
{templateclass T, class Container dequeTclass stack{public:void push(const T x){_con.push_back(x);}void pop(){_con.pop_back();}const T top(){return _con.back();}size_t size(){return _con.size();}bool empty(){return _con.empty();}private:Container _con;};
}queue的模拟实现 namespace curry
{templateclass T, class Container dequeTclass queue{public:void push(const T x){_con.push_back(x);}// 队头出void pop(){_con.pop_front();}const T back(){return _con.back();}const T front(){return _con.front();}size_t size(){return _con.size();}bool empty(){return _con.empty();}private:Container _con;};
}本篇文章的内容就到这里了如果文章有任何疑问或者错处欢迎大家评论区相互交流orz~
