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适配器

时间:2024-04-23 16:34:26浏览次数:14  
标签:std 容器 适配器 元素 queue stack

容器适配器,其就是将不适用的序列式容器(包括 vector、deque 和 list)变得适用。

STL 提供了 3 种容器适配器,分别为 stack 栈适配器、queue 队列适配器以及 priority_queue 优先权队列适配器。

容器适配器 基础容器筛选条件 默认使用的基础容器
stack 基础容器需包含以下成员函数:empty()、size()、back()、push_back()、pop_back()满足条件的基础容器有 vector、deque、list。 deque
queue 基础容器需包含以下成员函数:empty()、size()、front()、back()、push_back()、pop_front()满足条件的基础容器有 deque、list。 deque
priority_queue 基础容器需包含以下成员函数:empty()、size()、front()、push_back()、pop_back()满足条件的基础容器有vector、deque。 vector

1. stack容器

1.1 stack容器的创建

由于 stack 适配器以模板类 stack<T,Container=deque<T>>(其中 T 为存储元素的类型,Container 表示底层容器的类型)的形式位于<stack>头文件中,并定义在 std 命名空间里。因此,在创建该容器之前,程序中应包含以下 2 行代码:

#include <stack>
using namespace std;

创建 stack 适配器,大致分为如下几种方式:

  • 创建一个不包含任何元素的 stack 适配器,并采用默认的 deque 基础容器:
std::stack<int> values;
  • 定义一个使用 list 基础容器的 stack 适配器:
std::stack<std::string, std::list<int>> values;
  • 用一个 stack 适配器来初始化另一个 stack 适配器,只要它们存储的元素类型以及底层采用的基础容器类型相同即可:
std::list<int> values {1, 2, 3};
std::stack<int,std::list<int>> my_stack (values);
  • 还可以用一个 stack 适配器来初始化另一个 stack 适配器,只要它们存储的元素类型以及底层采用的基础容器类型相同即可:
std::list<int> values{ 1, 2, 3 };
std::stack<int, std::list<int>> my_stack1(values);
std::stack<int, std::list<int>> my_stack=my_stack1;
//std::stack<int, std::list<int>> my_stack(my_stack1);

1.2 stack容器支持的成员函数

成员函数 功能
empty() 当 stack 栈中没有元素时,该成员函数返回 true;反之,返回 false。
size() 返回 stack 栈中存储元素的个数。
top() 返回一个栈顶元素的引用,类型为 T&。如果栈为空,程序会报错。
push(const T& val) 先复制 val,再将 val 副本压入栈顶。这是通过调用底层容器的 push_back() 函数完成的。
push(T&& obj) 以移动元素的方式将其压入栈顶。这是通过调用底层容器的有右值引用参数的 push_back() 函数完成的。
pop() 弹出栈顶元素。
emplace(arg...) arg... 可以是一个参数,也可以是多个参数,但它们都只用于构造一个对象,并在栈顶直接生成该对象,作为新的栈顶元素。
swap(stack<T> & other_stack) 将两个 stack 适配器中的元素进行互换,需要注意的是,进行互换的 2 个 stack 适配器中存储的元素类型以及底层采用的基础容器类型,都必须相同。

2. queue容器

2.1 queue容器的创建

queue 容器适配器以模板类 queue<T,Container=deque<T>>(其中 T 为存储元素的类型,Container 表示底层容器的类型)的形式位于<queue>头文件中,并定义在 std 命名空间里。因此,在创建该容器之前,程序中应包含以下 2 行代码:

#include <queue>
using namespace std;

创建queue 适配器,大致分为如下几种方式:

  • 创建一个空的 queue 容器适配器,其底层使用的基础容器选择默认的 deque 容器:
std::queue<int> values;
  • 也可以手动指定 queue 容器适配器底层采用的基础容器类型:作为 queue 容器适配器的基础容器,其必须提供 front()、back()、push_back()、pop_front()、empty() 和 size() 这几个成员函数,符合条件的序列式容器仅有 deque 和 list
std::queue<int, std::list<int>> values;
  • 可以用基础容器来初始化 queue 容器适配器,只要该容器类型和 queue 底层使用的基础容器类型相同即可。例如:
std::deque<int> values{1,2,3};
std::queue<int> my_queue(values);
  • 还可以直接通过 queue 容器适配器来初始化另一个 queue 容器适配器,只要它们存储的元素类型以及底层采用的基础容器类型相同即可。例如:
std::deque<int> values{1,2,3};
std::queue<int> my_queue1(values);
std::queue<int> my_queue(my_queue1);
// 或者使用
// std::queue<int> my_queue = my_queue1;

2.2 queue容器支持的成员函数

成员函数 功能
empty() 如果 queue 中没有元素的话,返回 true。
size() 返回 queue 中元素的个数。
front() 返回 queue 中第一个元素的引用。如果 queue 是常量,就返回一个常引用;如果 queue 为空,返回值是未定义的。
back() 返回 queue 中最后一个元素的引用。如果 queue 是常量,就返回一个常引用;如果 queue 为空,返回值是未定义的。
push(const T& obj) 在 queue 的尾部添加一个元素的副本。这是通过调用底层容器的成员函数 push_back() 来完成的。
emplace() 在 queue 的尾部直接添加一个元素。
push(T&& obj) 以移动的方式在 queue 的尾部添加元素。这是通过调用底层容器的具有右值引用参数的成员函数 push_back() 来完成的。
pop() 删除 queue 中的第一个元素。
swap(queue<T> &other_queue) 将两个 queue 容器适配器中的元素进行互换,需要注意的是,进行互换的 2 个 queue 容器适配器中存储的元素类型以及底层采用的基础容器类型,都必须相同。

和 stack 一样,queue 也没有迭代器,因此访问元素的唯一方式是遍历容器,通过不断移除访问过的元素,去访问下一个元素。

3. priority_queue容器

priority_queue 容器适配器为了保证每次从队头移除的都是当前优先级最高的元素,每当有新元素进入,它都会根据既定的排序规则找到优先级最高的元素,并将其移动到队列的队头。同样,当 priority_queue 从队头移除出一个元素之后,它也会再找到当前优先级最高的元素,并将其移动到队头。

3.1 queue容器的创建

priority_queue 容器适配器的定义如下:

template <typename T,
        typename Container=std::vector<T>,
        typename Compare=std::less<T> >
class priority_queue{
    //......
}

priority_queue 容器适配器模板类最多可以传入 3 个参数,它们各自的含义如下:

  • typename T:指定存储元素的具体类型;

  • typename Container:指定 priority_queue 底层使用的基础容器,默认使用 vector 容器。

作为 priority_queue 容器适配器的底层容器,其必须包含 empty()、size()、front()、push_back()、pop_back() 这几个成员函数,STL序列式容器中只有 vector 和 deque 容器符合条件;

  • typename Compare:指定容器中评定元素优先级所遵循的排序规则,默认使用std::less<T>,按照元素值从大到小进行排序,还可以使用std::greater<T>

创建 priority_queue 容器适配器的方法,大致有以下几种。

  • 创建一个空的 priority_queue 容器适配器,第底层采用默认的 vector 容器,排序方式也采用默认的 std::less<T> 方法:
std::priority_queue<int> values;

可以使用普通数组或其它容器中指定范围内的数据,对 priority_queue 容器适配器进行初始化:

// 使用普通数组
int values[]{4,1,3,2};
std::priority_queue<int>copy_values(values,values+4);//{4,2,3,1}
// 使用序列式容器
std::array<int,4>values{ 4,1,3,2 };
std::priority_queue<int>copy_values(values.begin(),values.end());//{4,2,3,1}

还可以手动指定 priority_queue 使用的底层容器以及排序规则,比如:

int values[]{ 4,1,2,3 };
std::priority_queue<int, std::deque<int>, std::greater<int> >copy_values(values, values+4); // {1,3,2,4}

2.2 priority_queue容器支持的成员函数

成员函数 功能
empty() 如果 priority_queue 为空的话,返回 true;反之,返回 false。
size() 返回 priority_queue 中存储元素的个数。
top() 返回 priority_queue 中第一个元素的引用形式。
push(const T& obj) 根据既定的排序规则,将元素 obj 的副本存储到 priority_queue 中适当的位置。
push(T&& obj) 根据既定的排序规则,将元素 obj 移动存储到 priority_queue 中适当的位置。
emplace(Args&&... args) Args&&... args 表示构造一个存储类型的元素所需要的数据(对于类对象来说,可能需要多个数据构造出一个对象)。此函数的功能是根据既定的排序规则,在容器适配器适当的位置直接生成该新元素。
pop() 移除 priority_queue 容器适配器中第一个元素。
swap(priority_queue<T>& other) 将两个 priority_queue 容器适配器中的元素进行互换,需要注意的是,进行互换的 2 个 priority_queue 容器适配器中存储的元素类型以及底层采用的基础容器类型,都必须相同。

和 queue 一样,priority_queue 也没有迭代器,因此访问元素的唯一方式是遍历容器,通过不断移除访问过的元素,去访问下一个元素。

4. STL distance()函数

4.1 distance概述

distance() 函数用于计算两个迭代器表示的范围内包含元素的个数,其语法格式如下:

template<class InputIterator>
typename iterator_traits<InputIterator>::difference_type distance (InputIterator first, InputIterator last);

其中,first 和 last 都为迭代器,其类型可以是输入迭代器、前向迭代器、双向迭代器以及随机访问迭代器;该函数会返回[first, last)范围内包含的元素的个数。

注意,first 和 last 的迭代器类型,直接决定了 distance() 函数底层的实现机制:

  • 当 first 和 last 为随机访问迭代器时,distance() 底层直接采用 last - first 求得 [first, last) 范围内包含元素的个数,其时间复杂度为O(1)常数阶;

  • 当 first 和 last 为非随机访问迭代器时,distance() 底层通过不断执行 ++first(或者 first++)直到 first==last,由此来获取 [first, last) 范围内包含元素的个数,其时间复杂度为O(n)线性阶。

distance() 函数定义在<iterator>头文件,并位于 std 命名空间中。因此在使用此函数前,程序中应包含如下代码:

#include <iterator>
using namespace std;

另外,distance() 函数定义在<iterator>头文件,并位于 std 命名空间中。因此在使用此函数前,程序中应包含如下代码:

#include <iostream>     // std::cout
#include <iterator>     // std::distance
#include <list>         // std::list
using namespace std;
int main() {
    // 创建一个空 list 容器
    list<int> mylist;
    // 向空 list 容器中添加元素 0~9
    for (int i = 0; i < 10; i++) {
        mylist.push_back(i);
    }
    // 指定 2 个双向迭代器,用于执行某个区间
    list<int>::iterator first = mylist.begin();//指向元素 0
    list<int>::iterator last = mylist.end();//指向元素 9 之后的位置
    // 获取 [first,last) 范围内包含元素的个数
    cout << "distance() = " << distance(first, last);
    return 0;
}

4.1 distance成员函数

迭代器辅助函数 功能
advance(it, n) it 表示某个迭代器,n 为整数。该函数的功能是将 it 迭代器前进或后退 n 个位置。
distance(first, last) first 和 last 都是迭代器,该函数的功能是计算 first 和 last 之间的距离。
begin(cont) cont 表示某个容器,该函数可以返回一个指向 cont 容器中第一个元素的迭代器。
end(cont) cont 表示某个容器,该函数可以返回一个指向 cont 容器中最后一个元素之后位置的迭代器。
prev(it) it 为指定的迭代器,该函数默认可以返回一个指向上一个位置处的迭代器。注意,it 至少为双向迭代器。
next(it) it 为指定的迭代器,该函数默认可以返回一个指向下一个位置处的迭代器。注意,it 最少为前向迭代器。

 

标签:std,容器,适配器,元素,queue,stack
From: https://www.cnblogs.com/love-9/p/18153152

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