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【stack和queue的模拟实现】—— 我与C++的不解之缘(十五)

24 人参与  2024年11月25日 08:01  分类 : 《关于电脑》  评论

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前言

stackqueue使用起来都非常简单,现在来模拟实现一下,理解其底层的原理。


​ 在实现之前,应该知道,stackqueue 都是容器适配器,通过看官网文件也可以看出来;其默认的容器都是deque(双端队列)。

stackqueue 都是在容器的基础上进行了封装,实现了各自的操作。

(在下面的实现中stack默认容器用vectorqueue默认容器用list

栈和队列的使用

栈的使用

​ 首先,STL中的栈是基于容器适配器实现的,默认容器是deque。

使用栈需要包含头文件:

#include<stack>

1.1 栈的基本操作

​ 先看一下,栈提供的接口函数

在这里插入图片描述

常用方法

push(): 将元素 val 压入栈顶。pop(): 移除栈顶元素。top(): 返回栈顶元素(但不移除)。empty(): 判断栈是否为空。size(): 返回栈的元素数量。

1.2 栈的使用

现在简单使用一下stack:

void test_stack() {    //创建一个栈——存储整形    stack<int> s;      //入栈    s.push(1);    s.push(2);    s.push(3);    //栈中元素    cout << "元素个数: " << s.size() << endl;    //栈顶元素    cout << "栈顶元素: " << s.top() << endl;    //出栈    s.pop();    //依次输出栈中的数据    while (!s.empty()) {        cout << s.top() << " ";        s.pop();    }    cout << endl;    return 0;}

输出结果

元素个数: 3栈顶元素: 32 1

1.3 应用实例:点击消除

栈可以用来解决括号匹配这一类的问题。

​ 括号匹配之前已经做过了,这里来用栈做这样的一道题:点击消除_牛客题霸_牛客网

题目描述:

在这里插入图片描述

​ 这题思路比较简单,就是遍历字符串时,不断入栈,出栈(字符串中字符与栈顶元素相等);最后输出即可。

需要注意的是:这里使用数组来模拟栈,方便输出

​ 当然也可以使用栈,不过输出时顺序是反的,需要进行处理。

#include <iostream>using namespace std;int main() {    string str;    cin>>str;    string ret;    for(auto ch: str)    {        if(ret.size()==0||ret[ret.size()-1]!=ch)        {            ret.push_back(ch);        }        else         {            ret.pop_back();        }    }    if(ret.empty())    {        cout<<'0';        return 0;    }    cout<<ret;    return 0;}

队列的使用

2.1 队列的基本操作

STL 中的队列(queue)也是一种容器适配器,默认底层容器也是 deque

使用栈需要包含头文件:

#include<queue>

在这里插入图片描述

常用方法

push(): 将元素 val 插入队尾。pop(): 移除队头元素。front(): 返回队头元素(不移除)。back(): 返回队尾元素(不移除)。empty(): 判断队列是否为空。size(): 返回队列的元素数量。

2.2 队列的使用

简单使用一下队列:

void test_queue(){    //创建一个队列——存储整型    queue<int> q;    //入队列    q.push(10);    q.push(20);    q.push(30);    cout << "数据个数: " << q.size() << endl;    cout << "队头元素: " << q.front() << endl;    cout << "队尾元素: " << q.back() << endl;    //出队列    q.pop();    cout << "队列中数据: ";    while (!q.empty()) {        cout << q.front() << " ";        q.pop();    }    cout << endl;}

输出结果

数据个数: 3队头元素: 10队尾元素: 30队列中数据: 20 30

栈和队列的模拟实现

stack 模拟

​ 学习过初阶数据结构的栈,大概知道栈是怎么实现的,使用过STL里的stack也知道具体哪些操作,这里就直接开始实现。

1.默认成员函数

​ 对于默认成员函数,因为这里stack是对容器的封装,所以那些构造函数、析构函数、赋值运算符重载等都不需要我们自己去实现,编译器默认生成的会去调用vector(容器)的默认成员函数。

template<class T, class Container = vector<T>>class stack{stack() {}private:Container _con;};

2.基本操作

​ 栈的基本操作无疑就是,入栈、出栈、取栈顶元素、判断栈是否为空。

入栈:

​ 直接调用容器vector的尾插即可。

void push(const T& x){_con.push_back(x);}

出栈:

​ 直接调用容器vector的尾删

void pop(){_con.pop_back();}

取栈顶元素:

​ 直接返回容器vector的最后一个元素即可,即调用back()函数

T& top(){return _con.back();}const T& top()const {return _con.back();}

判断是否为空:

​ 调用容器的empty函数即可

bool empty() const{return _con.empty();}

返回栈中元素个数:

size_t size() const {return _con.size();}

swap

​ 直接调用容器的swap函数即可。

void swap(stack& st){_con.swap(st._con);}

​ 到这里 就简单实现了我们的stack 结构了,是不是感觉很简单呢?

template<class T, class Container = vector<T>>class stack{public:stack() {}void push(const T& x){_con.push_back(x);}void pop(){_con.pop_back();}T& top(){return _con.back();}const T& top()const {return _con.back();}bool empty() const{return _con.empty();}size_t size() const {return _con.size();}void swap(Container& st){_con.swap(st._con);}private:Container _con;};

queue 模拟

默认成员函数

​ 和stack一样,我们不需要去实现它的默认成员函数,编辑器默认生成的就已经可以满足我们的需求了。

基本操作

push

​ 入队列,在队尾插入

void push(const T& x){_con.push_back(x);}

pop

​ 出队列,从头部删除

void pop(){_con.pop_front();}

frontback

​ 返回队头数据 / 队尾数据

T& back(){return _con.back();}const T& back() const{return _con.back();}T& front(){return _con.front();}const T& front()const{return _con.front();}

empty

bool empty() const{return _con.empty();}

size

size_t size() const{return _con.size();}

swap

void swap(Container& con){_con.swap(con);}

​ 到这里stackqueue的模拟实现就完成了,感觉是不是很容易呢。

三、双端队列(deque)的栈和队列操作

deque(双端队列)既可以当作栈,也可以当作队列使用。我们可以在双端队列的两端进行插入和删除操作,从而更灵活地实现栈和队列的功能。

对于双端队列,简单来说,就是可以像vector那样随机访问,也可以像链表那样随机位置插入;但是,效率很低,(个人感觉,就是为了给stackqueue作默认容器适配器来用的。

这里就不过多描述双端队列了,感兴趣可以去看一下源码学习学习。

继续加油!!!

_con.size();
}

**`swap`**~~~cppvoid swap(Container& con){_con.swap(con);}

​ 到这里stackqueue的模拟实现就完成了,感觉是不是很容易呢。

三、双端队列(deque)的栈和队列操作

deque(双端队列)既可以当作栈,也可以当作队列使用。我们可以在双端队列的两端进行插入和删除操作,从而更灵活地实现栈和队列的功能。

对于双端队列,简单来说,就是可以像vector那样随机访问,也可以像链表那样随机位置插入;但是,效率很低,(个人感觉,就是为了给stackqueue作默认容器适配器来用的。

这里就不过多描述双端队列了,感兴趣可以去看一下源码学习学习。

继续加油!!!

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