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容器适配器

stack

STL 栈 ( std::stack ) 是一种后进先出 (Last In, First Out) 的容器适配器,仅支持查询或删除最后一个加入的元素(栈顶元素),不支持随机访问,且为了保证数据的严格有序性,不支持迭代器。

头文件和命名空间

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#include <stack>
using std::stack

栈的定义

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stack<TypeName> s;  // 使用默认底层容器 deque,数据类型为 TypeName
stack<TypeName, Container> s;  // 使用 Container 作为底层容器

stack<TypeName> s2(s1);  // 以 s1 为模板定义一个栈 s2

成员函数

以下所有函数均为常数复杂度

  • top() 访问栈顶元素(如果栈为空,此处会出错)
  • push(x) 向栈中插入元素 x
  • pop() 删除栈顶元素
  • size() 查询容器中的元素数量
  • empty() 询问容器是否为空

简单示例

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stack<int> s1;
s1.push(2);
s1.push(1);
stack<int> s2(s1);
s1.pop();
std::cout << s1.size() << " " << s2.size() << endl;  // 1 2
std::cout << s1.top() << " " << s2.top() << endl;    // 2 1
s1.pop();
std::cout << s1.empty() << " " << s2.empty() << endl;  // 1 0

queue

STL 队列 ( std::queue ) 是一种先进先出 (First In, First Out) 的容器适配器,仅支持查询或删除第一个加入的元素(队首元素),不支持随机访问,且为了保证数据的严格有序性,不支持迭代器。

头文件和命名空间

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#include <queue>
using std::queue

队列的定义

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queue<TypeName> q;  // 使用默认底层容器 deque,数据类型为 TypeName
queue<TypeName, Container> q;  // 使用 Container 作为底层容器

queue<TypeName> q2(q1);  // 以 q1 为模板定义一个队列 q2

成员函数

以下所有函数均为常数复杂度

  • front() 访问队首元素(如果队列为空,此处会出错)
  • push(x) 向队列中插入元素 x
  • pop() 删除队首元素
  • size() 查询容器中的元素数量
  • empty() 询问容器是否为空

简单示例

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stack<int> q1;
q1.push(2);
q1.push(1);
stack<int> q2(q1);
q1.pop();
std::cout << q1.size() << " " << q2.size() << endl;    // 1 2
std::cout << q1.front() << " " << q2.front() << endl;  // 1 2
q1.pop();
std::cout << q1.empty() << " " << q2.empty() << endl;  // 1 0

priority_queue

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#include <queue>  // std::priority_queue
// 本文里的所有优先队列都会加上命名空间
// 如果不想加命名空间,需要使用:using std::priority_queue;
// 不推荐直接使用 using namespace std;
std::priority_queue<T, Container, Compare> q;
/*
 * T: 储存的元素类型
 * Container:
 * 储存的容器类型,且要求满足顺序容器的要求、具有随机访问迭代器的要求 且支持
 * front() / push_back() / pop_back() 三个函数, 标准容器中 std::vector /
 * std::deque 满足这些要求。 Compare: 默认为严格的弱序比较类型
 * priority_queue 是按照元素优先级大的在堆顶,根据 operator <
 * 的定义,默认是大根堆, 我们可以利用
 * greater<T>(若支持),或者自定义类的小于号重载实现排序。
 * 注意:只支持小于号重载而不支持其他比较符号的重载。
 */
// 构造方式 :
std::priority_queue<int> q1;
std::priority_queue<int, vector<int>> q2;
// C++11 前,请使用 vector<int> >,空格不可省略
std::priority_queue<int, deque<int>, greater<int>> q3;
// 注意:不可跳过容器参数直接传入比较类

成员函数

  1. top() : 访问栈顶元素 常数复杂度
  2. empty() : 检查底层的容器是否为空 常数复杂度
  3. size() : 返回底层容器的元素数量 常数复杂度
  4. push() : 插入元素,并对底层容器排序 最坏 \Theta(n) 均摊 \Theta(\log(n))
  5. pop() : 删除第一个元素 最坏 \Theta(\log(n))

由于 std::priority_queue 原生不支持 modify() / join() / erase() 故不做讲解。

示例

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q1.push(1);
// 堆中元素 : [1];
for (int i = 2; i <= 5; i++) q1.push(i);
// 堆中元素 :  [1, 2, 3, 4, 5];
std::cout << q1.top() << std::endl;
// 输出结果 : 5;
q1.pop();
std::cout << q1.size() << std::endl;
// 输出结果 :4
// 堆中元素 : [1, 2, 3, 4];
q1.push(10);
// 堆中元素 : [1, 2, 3, 4, 10];
std::cout << q1.top() << std::endl;
// 输出结果 : 10;
q1.pop();
// 堆中元素 : [1, 2, 3, 4];

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