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14 C++ STL 容器实战：stack/list 模拟实现指南 + priority_queue 用法及避坑技巧

news 2025/9/6 9:33:27

stack和queue

stack的模拟实现和应用--底层就是顺序表

从栈的接口中可以看出，栈实际是一种特殊的vector，因此使用vector完全可以模拟实现stack。

#include<vector>
namespace Stack
{
template<class T>
class stack
{
public:stack() {}void push(const T& x) {_c.push_back(x);}void pop() {_c.pop_back();}T& top() {return _c.back();}const T& top()const {return _c.back();}size_t size()const {return _c.size();}bool empty()const {return _c.empty();}private:std::vector<T> _c;
};
}

应用：逆波兰表达式求一个混合表达式的计算结果

queue的介绍和使用

queue的模拟实现因为queue的接口中存在头删和尾插，因此使用vector来封装效率太低，故可以借助list来模拟实现queue，具体如下：

#include <list>
namespace List   
{
template<class T>
class queue
{
public:queue() {}void push(const T& x) {_c.push_back(x);}void pop() {_c.pop_front();}T& back() {return _c.back();}const T& back()const {return _c.back();}T& front() {return _c.front();}const T& front()const {return _c.front();}size_t size()const {return _c.size();}bool empty()const {return _c.empty();}private:std::list<T> _c;
};

priority_queue的介绍和使用--底层是堆结构（完全二叉搜索树）

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。

优先级队列默认使用vector作为其底层存储数据的容器，在vector上又使用了堆算法将vector中元素构造成堆的结构，因此priority_queue就是堆，所有需要用到堆的位置，都可以考虑使用priority_queue。注意：默认情况下priority_queue是小堆(堆顶元素是最小的)

#include <vector>
#include <queue>
#include <functional>  // greater算法的头文件
void TestPriorityQueue()
{
// 默认情况下，创建的是小堆，其底层按照小于号比较
//如果左右子节点的最小值小于父亲节点就交换
vector<int> v{3,2,7,6,0,4,1,9,8,5};
priority_queue<int> q1;//不指定底层容器默认就是vector
for (auto& e : v)
q1.push(e);
cout << q1.top() << endl;
// 如果要创建大堆，将第三个模板参数换成greater比较方式，指定底层容器是vector//左右子节点的最大值如果大于父亲节点就交换
priority_queue<int, vector<int>, greater<int>> q2(v.begin(), v.end());
cout << q2.top() << endl;
}

小堆应用--前k大的元素

依次入k+1个元素进堆，堆顶的元素就是最小的，小于堆里面的k个元素，弹出堆顶元素，继续入下一个元素，此时堆里的k+1个元素的最小的又被推到堆顶，弹出即可，循环操作即可。

堆的遍历输出--是排序好的

小堆遍历输出每个元素是降序的，大堆是升序的

void TestPriorityQueue()
{// 默认情况下，创建的是小堆，其底层按照大于号比较vector<int> v{ 3,2,7,6,0,4,1,9,8,5 };priority_queue<int> q1;for (auto& e : v)q1.push(e);while(!q1.empty())//小堆降序{cout << q1.top();//9876543210q1.pop();}cout << endl;// 如果要创建大堆，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());while (!q2.empty())//大堆遍历升序{cout << q2.top();//0123456789q2.pop();}cout << endl;
}

使用注意点--存储自定义类型的对象

如果在priority_queue中放自定义类型的数据，用户需要在自定义类型中提供> 或者< 的重载

lass Date
{public:
Date(int year = 1900, int month = 1, int day = 1)
: _year(year)
, _month(month)
, _day(day)
{}
bool operator<(const Date& d)const
{
return (_year < d._year) ||(_year == d._year && _month < d._month) ||(_year == d._year && _month == d._month && _day < d._day);
}
bool operator>(const Date& d)const
{
return (_year > d._year) ||
(_year == d._year && _month > d._month) ||
(_year == d._year && _month == d._month && _day > d._day);
}
friend ostream& operator<<(ostream& _cout, const Date& d)
{
_cout << d._year << "-" << d._month << "-" << d._day;
return _cout;
}private:
int _year;
int _month;
int _day;
};void TestPriorityQueue()
{
// 大堆，需要用户在自定义类型中提供<的重载
priority_queue<Date> q1;
q1.push(Date(2018, 10, 29));
q1.push(Date(2018, 10, 28));
q1.push(Date(2018, 10, 30));
cout << q1.top() << endl;// 如果要创建小堆，需要用户提供>的重载
priority_queue<Date, vector<Date>, greater<Date>> q2;
q2.push(Date(2018, 10, 29));
q2.push(Date(2018, 10, 28));
q2.push(Date(2018, 10, 30));cout << q2.top() << endl;
}