【C++笔记】容器适配器及deque和仿函数

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前言

哈喽，各位小伙伴大家好!上期我们讲了list结构剖析及其模拟实现。今天我们来讲一下dequeue和模版进阶。话不多说，我们进入正题！向大厂冲锋

一.容器适配器

1.1什么是容器适配器

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。

容器适配器就像我们的电流适配器一样。

容器适配器就是一种转化接口，把一种接口转化为我们需要的接口。

1.2 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：
如果我们需要写一个栈的类模版。我们会自己手搓一个出来。

template<class T>
class stack
{
private:
	T* ptr;
	size_t size;
	size_t capacity;
};

但是栈只需要栈顶插入和删除，也就是说只需要支持一端插入和删除即可。那我们的vector和list容器都支持一端插入和删除。所以我们可以用vector和list容器封装实现。

所以我们的栈就可以用一个容器封装实现

    //container适配转化出Stack
	template<class T, class container = vector<T>>
	class Stack
	{
	public:
	private:
		container con;
	};

这里我们container传vector就是用vector适配转化的栈，传list就是list适配转化的栈。这就是我们通过container模版参数用容器适配器模式写的一个栈。

库里的栈也是这样做的。

二.stack

2.1stack类模版

这里我们用容器适配器写了一个栈的类模版。
成员是container。成员函数再调用容器的接口即可实现一个先进先出的栈。
默认使用vector容器适配。

//container适配转化出Stack
template<class T, class container = vector<T>>
class Stack
{
public:
	void push(T x)
	{
		con.push_back(x);
	}
	void pop()
	{
		con.pop_back();
	}
	const T& Top() const
	{
		return con.back();
	}
	size_t size() const
	{
		return con.size();
	}
	bool empty() const
	{
		return con.empty();
	}
private:
	container con;
};

2.2头文件问题

我们自己写的文件包含在.cpp文件时尽量放在最后面。防止出现以下错误。

三.queue

3.1queue类模版

这里queue我们也是使用适配器模式。因为queue要求一端进一端出。
所以使用list容器适配更合适。也是调用对应容器的接口即可。

	//container适配转化出Queue
	template<class T, class container =list<T>>
	class Queue
	{
	public:
		void push(T x)
		{
			con.push_back(x);
		}
		void pop()
		{
			con.pop_front();
		}
		const T& front() const
		{
			return con.front();
		}
		const T& back() const
		{
			return con.back();
		}
		size_t size() const
		{
			return con.size();
		}
		bool empty() const
		{
			return con.empty();
		}
	private:
		container con;
	};

3.2按需实例化

类模版实例化是按需实例化。什么是按需实例化呢？

所以这里我们没报错，因为我们没有调用pop_front.

但当我们调用pop时就会报错。这就是因为按需实例化。

四priority_queue

4.1priority_queue的定义

priority_queue也是一个容器适配器.priority_queue也叫优先级队列

通过对priority_queue的底层结构就是堆，因此此处只需对对进行通用的封装即可。
堆我们用下标计算父子关系。所以priority_queue的默认容器是vector.

这里我们直接用容器封装即可。

template<class T, class container = vector<T>,class Compare =Less<T>>
class priority_queue
{
public:
	void AdjustDown( int parent)
	{
		Compare com;
		int child = parent * 2 + 1;//孩子节点
		while (child < con.size())
		{
			int tmp = child;//左右孩子中最小的孩子
			if (tmp + 1 < con.size() && com(con[tmp], con[tmp + 1]))//防止没有右孩子
			{
				tmp = child + 1;
			}//假设法
			if (com(con[parent], con[tmp]))//判断
			{
				swap(con[parent], con[tmp]);//交换
				parent = tmp;
				child = parent * 2 + 1;
			}
			else
			{
				break;//调整完毕
			}
		}
	}
	void AdjustUp(int size)
	{
		Compare com;
		int child = size - 1;//最后的节点
		while (child > 0)
		{
			int parent = (child - 1) / 2;//父亲节点
			if (com(con[parent],con[child]))//判断
			{
				swap(con[child], con[parent]);//交换
				child = parent;
			}
			else
			{
				break;//调整完成
			}
		}
	}
	void push(const T& x)
	{
		con.push_back(x);
		AdjustUp(con.size());
	}
	void pop()
	{
		swap(con[0], con[con.size() - 1]);
		con.pop_back();
		AdjustDown(0);
	}
	const T& top()
	{
		return con[0];
	}
	size_t size() const
	{
		return con.size();
	}
	bool empty() const
	{
		return con.empty();
	}
private:
	container con;
};

4.2仿函数

那我们怎么调整大堆小堆呢？
那就需要用到仿函数。
仿函数是个类。

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

仿函数这个类主要重载operator()。
这个()里面传两个对象的比较。

Compare com;
if (com(con[parent],con[child]))//判断

这里看起来很像函数调用，但是实际上是operator()的调用。
所以被叫做仿函数。仿函数我们想支持各种类型的比较就可以写成类模版。

template<class T, class container = vector<T>,class Compare =Less<T>>

所以我们在priority_queue的模版参数里传一个仿函数类型就可以控制大堆小堆。

通过传不同仿函数类型，我们就能控制不同的比较逻辑
从而控制大小堆。

五.deque

5.1deque的定义

我们可以发现库的的stack和queue没有用list和vector。
而是用了一个dequeue的容器。

那deque是什么呢？

deque是vector和list的缝合怪。

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。

5.2deque的结构

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：

deque是通过一个指针数组来控制数据存储的数组。

• 下标
  

• 迭代器
  deque 迭代器结构有四个指针
  

deque借助两个迭代器维护，start就是第一个数据的迭代器，finish就是最后一个数据的迭代器。

• 迭代器遍历
  
  可以看到库里的实现和我们的差不多
  

• 头插尾插
  

• 中间插入删除
  deque中间插入删除也需要挪动数据。

• operator[]
  因为头插时第一个数组可能不满所以先用cur-first+n计算位置。
  如果小于当前数组直接+n接口。
  否则就用N去计算位置。

- 总结

后言

这就是容器适配器及deque和仿函数。大家自己好好消化。今天就分享到这！感谢各位的耐心垂阅！咱们下期见！拜拜~