C++STL库中queue

chatgpt/2023/9/26 13:39:38

文章目录

  • queue的介绍
  • queue的常用接口
  • queue的模拟实现
  • priority_queue的介绍
  • priority_queue的常用接口
  • priority_queue的模拟实现
  • 容器适配器
  • deque的介绍
  • 仿函数

一、queue的介绍

  • 1. 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。
  • 2. 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。
  • 3. 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
  • 4. 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。

二、queue的常用接口

函数声明                                                                                 接口说明
queue()                                                                                  构造空的队列
empty()                                                  检测队列是否为空，是返回true，否则返回false
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()                                                                           在队尾将元素val入队列
pop()                                                                                   将队头元素出队列
swap()                                                                                交换两个容器内容 

 相关接口的演示：

#include <iostream>
#include <queue>int main()
{std::queue<int> q;q.push(1);q.push(2);q.push(3);while (!q.empty()) {std::cout << q.front() << " ";q.pop();}return 0;
}

三、queue的模拟实现

#pragma once
namespace Queue
{//这里默认是采用deque这种适配器来模拟栈template<class T, class Contain = std::deque<T>>class queue{public:/*queue()//这里不需要显示写构造函数，因为是自定义类型，直接调用默认构造函数就行{}*/bool empty(){return _con.empty();}size_t size()const{return _con.size();}const T& front()const{return _con.front();}const T& back()const{return _con.back();}void push(const T& val){_con.push_back(val);}void pop(){_con.pop_front();}void swap(queue<T, Contain>& q){std::swap(_con, q._con);}private:Contain _con;};
}

四、priority_queue的介绍

  • 1. 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。
  • 2. 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)。
  • 3. 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。
  • 4. 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
  • 5. 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。
  • 6. 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。

五、priority_queue的常用接口

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，都可以考虑使用priority_queue。注意：默认情况下priority_queue是大堆。

函数声明                                                                                 接口说明
priority_queue()/priority_queue(first, last)                  构造一个空的优先级队列
empty( )                                           检测优先级队列是否为空，是返回true，否则返回false
top( )                                                          返回优先级队列中最大(最小元素)，即堆顶元素
push(x)                                                                          在优先级队列中插入元素x
pop ()                                                  删除优先级队列中最大(最小)元素，即堆顶元素

1. 默认情况下，priority_queue是大堆

#include <iostream>
#include <deque>
#include <queue>
#include "queue.h"
#include <vector>
#include <functional>
#include <functional> // greater算法的头文件void TestPriorityQueue()
{// 默认情况下，创建的是大堆，其底层按照小于号比较std::vector<int> v{3,2,7,6,0,4,1,9,8,5};std::priority_queue<int> q1;for (auto& e : v)q1.push(e);std::cout << q1.top() <<std:: endl;// 如果要创建小堆，将第三个模板参数换成greater比较方式std::priority_queue<int, std::vector<int>, std::greater<int>> q2(v.begin(), v.end());std::cout << q2.top() << std::endl;
}
int main()
{TestPriorityQueue();return 0;
}

2.如果在priority_queue中放自定义类型的数据，用户需要在自定义类型中提供> 或者< 的重载。

#include <iostream>
#include <deque>
#include <queue>
#include "queue.h"
#include <vector>
#include <functional>
#include <functional> // greater算法的头文件class Date
{
public:Date(int year = 1900, int month = 1, int day = 1): _year(year), _month(month), _day(day){}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);}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);}friend std::ostream& operator<<(std::ostream& _cout, const Date& d){_cout << d._year << "-" << d._month << "-" << d._day;return _cout;}
private:int _year;int _month;int _day;
};
void TestPriorityQueue()
{// 大堆，需要用户在自定义类型中提供<的重载std::priority_queue<Date> q1;q1.push(Date(2018, 10, 29));q1.push(Date(2018, 10, 28));q1.push(Date(2018, 10, 30));std::cout << q1.top() << std::endl;// 如果要创建小堆，需要用户提供>的重载std::priority_queue<Date, std::vector<Date>, std::greater<Date>> q2;q2.push(Date(2018, 10, 29));q2.push(Date(2018, 10, 28));q2.push(Date(2018, 10, 30));std::cout << q2.top() << std::endl;
}int main()
{TestPriorityQueue();return 0;
}

六、priority_queue的模拟实现 

#pragma once
namespace Priority_queue
{template<class T>struct Less{bool operator()(const T& x, const T& y){return x < y;}};template<class T>struct Greater{bool operator()(const T& x, const T& y){return x > y;}};template<class T,class Container=std::vector<T>,class Compare=Less<T>>class priority_queue{public:priority_queue(){}template<class InputIterator>priority_queue(InputIterator first, InputIterator last){while (first != last) {_con.push_back(*first);first++;int child = _con.size() - 1;int parent = (child - 1) / 2;for (int i = parent; i >= 0; i--) AdjustDown(i);}}void AdjustUp(size_t child){Compare com;size_t parent = (child - 1) / 2;while (child) {if (com(_con[parent], _con[child])) {std::swap(_con[child], _con[parent]);child = parent;parent = (child - 1) / 2;}else break;}}void AdjustDown(size_t parent){Compare com;size_t child = parent * 2 + 1;while (child < _con.size()) {if (child + 1 < _con.size() && com(_con[child], _con[child + 1])) child++;if (com(_con[parent], _con[child])) {std::swap(_con[parent], _con[child]);parent = (child - 1) / 2;child = parent * 2 + 1;}else break;}}void push(const T& val){_con.push_back(val);AdjustUp(_con.size() - 1);}void pop(){std::swap(_con[0], _con[_con.size() - 1]);_con.pop_back();AdjustDown(0);}bool empty(){return _con.empty(); }size_t size(){return _con.size();}const T& top(){return _con[0];}private:Container _con;};}

七、容器适配器

1.适配器的概念

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。

 2.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和队列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：

 

 

 八、deque的介绍

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 ：

 

 

 

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。

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：
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。

九、仿函数

1、仿函数的概念

仿函数（functor）又称之为函数对象（function object），实际上就是 重载了()操作符 的 struct或class。由于重载了（）操作符，所以使用他的时候就像在调用函数一样，于是就被称为“仿”函数啦。

2.仿函数写法举例

    template<class T>struct Less{bool operator()(const T& x, const T& y){return x < y;}};template<class T>struct Greater{bool operator()(const T& x, const T& y){return x > y;}};

3.仿函数的类别

在C++ 的functional头文件中，已经为我们提供好了一些仿函数，可以直接使用。

1.算术仿函数

1.plus 计算两数之和

    transform(begin(a), end(a), begin(b), begin(a), plus<int>());

2.minus 两数相减

transform(begin(a), end(a), begin(b), begin(a), minus<int>());

3.multiplies 两数相乘

transform(begin(a), end(a), begin(b), begin(a), multiplies<int>());

4.divides 两数相除

transform(begin(a), end(a), begin(b), begin(a), divides<int>());

5.modules 取模运算

transform(begin(a), end(a), begin(b), begin(a), modulus<int>());

6.negate 相反数

transform(begin(a), end(a), begin(a), negate<int>());

2.关系仿函数

  • 1.equal_to 是否相等
  • 2.not_equal_to 是否不相等
  • 3.greater 大于
  • 4.less 小于
  • 5.greater_equal 大于等于
  • 6.less_equal 小于等于

 3.逻辑仿函数

  • 1.logical_and 二元，求&
  • 2.logical_or 二元，求|
  • 3.logical_not 一元，求！

本文来自互联网用户投稿，该文观点仅代表作者本人，不代表本站立场。本站仅提供信息存储空间服务，不拥有所有权，不承担相关法律责任。如若转载，请注明出处：http://www.exyb.cn/news/show-5314564.html

如若内容造成侵权/违法违规/事实不符，请联系郑州代理记账网进行投诉反馈，一经查实，立即删除！

相关文章

回归预测 | MATLAB实现SO-CNN-LSTM蛇群算法优化卷积长短期记忆神经网络多输入单输出回归预测

回归预测 | MATLAB实现SO-CNN-LSTM蛇群算法优化卷积长短期记忆神经网络多输入单输出回归预测

回归预测 | MATLAB实现SO-CNN-LSTM蛇群算法优化卷积长短期记忆神经网络多输入单输出回归预测 目录 回归预测 | MATLAB实现SO-CNN-LSTM蛇群算法优化卷积长短期记忆神经网络多输入单输出回归预测预测效果基本介绍模型描述程序设计参考资料 预测效果 基本介绍 MATLAB实现SO-CNN-LS…
阅读更多...
【数据可视化】（一）数据可视化概述

【数据可视化】（一）数据可视化概述

目录 0.本章节概述 一、数据可视化 1、什么是数据可视化？ 2、数据可视化的好处 3、数据可视化的用途 二、数据探索 1、数据相关工具的使用情景： 2、探索性查询 三、数据挑战 1、什么是数据挑战？
阅读更多...
【C++】模板进阶（模板的特化，非类型模板参数，模板的分离编译）

【C++】模板进阶（模板的特化，非类型模板参数，模板的分离编译）

文章目录 一、模板使用时一定要加typename的情况二、 非类型模板参数三、模板的特化1.函数模板特化2.类模板特化1.全特化&#xff1a;2. 偏特化&#xff1a;1. 部分特化2.参数更一步限制 四、模板的分离编译1.Stack.h2.Stack.cpp(定义)3.test.cpp 一、模板使用时一定要加typena…
阅读更多...
rust format!如何转义{},输出{}？

rust format!如何转义{},输出{}？

在Rust中&#xff0c;如果你想要在字符串中包含花括号 {} &#xff0c;你需要使用双花括号 {{}} 来进行转义。这是因为单个花括号 {} 在字符串中表示占位符&#xff0c;用于格式化字符串。 以下是一个示例&#xff1a; fn main() {let text "这是一个示例&#xff1a; {…
阅读更多...
JavaWeb+jsp+Tomcat的教务查询系统

JavaWeb+jsp+Tomcat的教务查询系统

点击以下链接获取源码&#xff1a; https://download.csdn.net/download/qq_64505944/88134601?spm1001.2014.3001.5503 jsp/tomcat7.05/MySQL5.7或8版本/ssm框架/spring/ Web框架&#xff1a;SpringBoot/ORM框架&#xff1a;Mybatis/安全框架&#xff1a;Shiro/分页插件&am…
阅读更多...
分享一个 VUE 侧边导航共用组建

分享一个 VUE 侧边导航共用组建

项目效果图&#xff1a; 项目描述&#xff1a;加载组建时&#xff0c;隐藏&#xff0c;鼠标滑动到指定区域的时候该菜单选中高亮&#xff0c;点击菜单跳转到指定模块&#xff0c;每个页面都适用。 html 部分&#xff1a; 提示&#xff1a;我这里有英文所以有$i18n.localezh…
阅读更多...
面试之多线程案例（四）

面试之多线程案例（四）

1.单例模式 单例模式是指在内存中只会创建且仅创建一次对象的设计模式。在程序中多次使用同一个对象且作用相同时&#xff0c;为了防止频繁地创建对象使得内存飙升&#xff0c;单例模式可以让程序仅在内存中创建一个对象&#xff0c;让所有需要调用的地方都共享这一单例对象。…
阅读更多...
vlan access, trunk, hybrid (tagged/untagged) 笔记

vlan access, trunk, hybrid (tagged/untagged) 笔记

vlan 接口和配置 PVID&#xff08;port vlan ID&#xff09; 定义 pvid 主要目的&#xff1a; 当交换机接口收到没有 vlan tag 标签的包时&#xff0c;接口会将定义的 pvid 作为当前包的 vlan id。当对映 pvid vlan 的包&#xff0c;通过当前交换机接口发出时&#xff0c;接…
阅读更多...
推荐文章

Copyright @ 2022~2023