c++---stack和queue

1. stack的介绍和使用
2. queue的介绍和使用
3. priority_queue的介绍和使用
4. 容器适配器

一，stack的介绍和使用
介绍

• stack是一种容器适配器，专门用在具有后进先出操作的上下文环境中，其删除只能从容器的一端进行 元素的插入与提取操作。
• stack是作为容器适配器被实现的，容器适配器即是对特定类封装作为其底层的容器，并提供一组特定 的成员函数来访问其元素，将特定类作为其底层的，元素特定容器的尾部(即栈顶)被压入和弹出。
• stack的底层容器可以是任何标准的容器类模板或者一些其他特定的容器类，这些容器类应该支持以下操作：

    empty：判空操作 
    back：获取尾部元素操作
    push_back：尾部插入元素操作 
    pop_back：尾部删除元素操作 

• 标准容器vector、deque、list均符合这些需求，默认情况下，如果没有为stack指定特定的底层容器， 默认情况下使用deque。
  
  使用

stack()；//构造空的栈
empty();//检测stack是否为空
size();//返回stack中元素的个数
top();//返回栈顶元素的引用
push();//将元素val压入stack中
pop();//将stack中尾部的元素弹出

例如：
最小栈的实现

#include <iostream>
#include <stack>
using std::endl;
using std::cout;
class MinStack {
public:
	/** initialize your data structure here. */
	MinStack() {

	}

	void push(int x) {
		_elem.push(x);
		if (_min.empty() || x <= _min.top()){
			_min.push(x);
		}
	}

	void pop() {
		if (_min.top() == _elem.top()){
			_min.pop();
		}
		_elem.pop();
	}

	int top() {
		return _elem.top();
	}

	int getMin() {
		return _min.top();
	}
private:
	std::stack<int>_elem;
	std::stack<int>_min;
};
int main(){
	MinStack s;
	s.push(2);
	s.push(1);
	cout << s.getMin() << endl;
	system("pause");
	return EXIT_SUCCESS;
}

逆波兰表达式

#include <iostream>
#include <vector>
#include <stack>
#include <string>
using namespace std;
class Solution {
public:
	int evalRPN(vector<string>& tokens) {
		for (int i = 0; i < tokens.size(); i++){
			if (tokens[i] == "-" || tokens[i] == "+" || tokens[i] == "*" || tokens[i] == "/"){
				int num1 = _num.top();
				_num.pop();
				int num2 = _num.top();
				_num.pop();
				int ret = 0;
				if (tokens[i] == "+"){
					ret = num2 + num1;
				}
				if (tokens[i] == "-"){
					ret = num2 - num1;
				}
				if (tokens[i] == "/"){
					ret = num2 / num1;
				}
				if (tokens[i] == "*"){
					ret = num1*num2;
				}
				_num.push(ret);
			}
			else{
				int num = atoi(tokens[i].c_str());
				_num.push(num);
			}
		}
		return _num.top();
	}
private:
	stack<int> _num;
};
int main(){

	Solution s;
	vector<string>v;
	v.push_back("2");
	v.push_back("1");
	v.push_back("+");
	v.push_back("3");
	v.push_back("*");
	cout << s.evalRPN(v) << endl;;
	system("pause");
	return EXIT_SUCCESS;
}

二，queue的介绍和使用
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();//再队列尾部入数据
• pop_front();//再队列头部出数据

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。
   
   使用

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()；//将队头元素移除队列

例子：二叉树的层序遍历

public List<List<Integer>> levelOrder(TreeNode root) {
    if(root == null)
        return new ArrayList<>();
    List<List<Integer>> res = new ArrayList<>();
    Queue<TreeNode> queue = new LinkedList<TreeNode>();
    queue.add(root);
    while(!queue.isEmpty()){
        int count = queue.size();
        List<Integer> list = new ArrayList<Integer>();
        while(count > 0){
            TreeNode node = queue.poll();
            list.add(node.val);
            if(node.left != null)
                queue.add(node.left);
            if(node.right != null)
                queue.add(node.right);
            count--;
        }
        res.add(list);
    }
    return res;
}

三，priority_queue的介绍和使用

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。
   priority_queue其实就是一个堆，其实主要就是两个算法，一个是堆的向上推演，一个是堆的向下推演。
   例如我们push_heap();
   
   pop_heap()
   

使用：

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

注意：再priority_queue是一个大堆

void TestPriorityQueue() {    
	// 默认情况下，创建的是大堆，其底层按照小于号比较    
	vector<int> v{3,2,7,6,0,4,1,9,8,5};    
	priority_queue<int> q1;    
	for (auto& e : v)        
		q1.push(e);    
	cout << q1.top() << endl;

	// 如果要创建小堆，将第三个模板参数换成greater比较方式    
	priority_queue<int, vector<int>, greater<int>> q2(v.begin(), v.end());    
	cout << q2.top() << endl;
}

这里我们需要认识一种适配器，因为再优先级队列中我们可以使用vector，list，等来实现，这时候需要我们指定需要使用的容器。
这里见我们的设计模式之适配器模式
为什么要将stack和queue，priority_queue称为容器设配器。
虽然stack，queue，priority_queue中也可以存放元素，到那时再STL中并没有将其划分再容器之内，二十将其称为容器适配器，这是因为每个容器再底层都有自己的实现方式，但是stack，queue，priority_queue只是再底层将其他的容器进行了封装。

为什么deque作为了stack和queue的底层封装？
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；queue中的元素增长时，deque不仅效率高，而且内 存使用率高

使用例子：数组中的第k个最大元素

class Solution {
public:  
	int findKthLargest(vector<int>& nums, int k) {  
			   // 将数组中的元素先放入优先级队列中    
		priority_queue<int> p(nums.begin(), nums.end());     
			   // 将优先级队列中前k-1个元素删除掉      
		for(int i= 0; i < k-1; ++i) {         
			p.pop();	
		}            
		return p.top();   
	} 
};