stack, queue, dequeue, heap和priority_queue

1. 名词解释

stack 栈

queue 队列

dequeue （deque，全名double-ended queue）是一种具有队列和栈的性质的数据结构。双端队列中的元素可以从两端弹出，其限定插入和删除操作在表的两端进行。

heap 堆

priority_queue 优先队列

2. STL中Stack用法（后入先出）

stack的复杂度：建堆O(n), 插入元素并调整堆O(log(n))。

stack 模板类的定义在<stack>头文件中。

stack 模板类需要两个模板参数，一个是元素类型，一个容器类型，但只有元素类型是必要的，在不指定容器类型时，默认的容器类型为deque。

定义stack 对象的示例代码如下：

template < class T, class Container = deque<T> > class stack;

stack< int,vector<int> > third;  
stack<int> s1;
stack<string> s2;

stack 的基本操作有：
入栈，如例：s.push(x);
出栈，如例：s.pop();注意，出栈操作只是删除栈顶元素，并不返回该元素。
访问栈顶，如例：s.top()

判断栈空，如例：s.empty()，当栈空时，返回true。

3. STL中queue用法（先入先出）

queue 模板类的定义在<queue>头文件中。

与stack 模板类很相似，queue 模板类也需要两个模板参数，一个是元素类型，一个容器类型，元素类型是必要的，容器类型是可选的，默认为deque 类型。

定义queue 对象的示例代码如下：
queue<int> q1;
queue<double> q2;


queue 的基本操作有：
入队，如例：q.push(x); 将x 接到队列的末端。
出队，如例：q.pop(); 弹出队列的第一个元素，注意，并不会返回被弹出元素的值。
访问队首元素，如例：q.front()，即最早被压入队列的元素。
访问队尾元素，如例：q.back()，即最后被压入队列的元素。
判断队列空，如例：q.empty()，当队列空时，返回true。

4. STL中priority_queue用法

在<queue>头文件中，还定义了另一个非常有用的模板类priority_queue(优先队列）。优先队列与队列的差别在于优先队列不是按照入队的顺序出队，而是按照队列中元素的优先权顺序出队（默认为大者优先，也可以通过指定算子来指定自己的优先顺序）。

priority_queue 模板类有三个模板参数，第一个是元素类型，第二个容器类型，第三个是比较算子。其中后两个都可以省略，默认容器为vector，默认算子为less，即小的往前排，大的往后排（出队时序列尾的元素出队）。

定义priority_queue 对象的示例代码如下：
priority_queue<int> q1;
priority_queue< pair<int, int> > q2; // 注意在两个尖括号之间一定要留空格。
priority_queue<int, vector<int>, greater<int> > q3; // 定义小的先出队
priority_queue 的基本操作与queue 相同。

初学者在使用priority_queue 时，最困难的可能就是如何定义比较算子了。
如果是基本数据类型，或已定义了比较运算符的类，可以直接用STL 的less 算子和greater
算子——默认为使用less 算子，即小的往前排，大的先出队。

如果要定义自己的比较算子，方法有多种，这里介绍其中的一种：重载比较运算符。优先队
列试图将两个元素x 和y 代入比较运算符(对less 算子，调用x<y，对greater 算子，调用x>y)，
若结果为真，则x 排在y 前面，y 将先于x 出队，反之，则将y 排在x 前面，x 将先出队。
看下面这个简单的示例：

#include <iostream>#include <queue>using namespace std;class T{public:int x, y, z;T(int a, int b, int c):x(a), y(b), z(c){}};bool operator < (const T &t1, const T &t2){return t1.z < t2.z; // 按照z 的顺序来决定t1 和t2 的顺序}int main(){priority_queue<T> q;q.push(T(4,4,3));q.push(T(2,2,5));q.push(T(1,5,4));q.push(T(3,3,6));while (!q.empty()){T t = q.top(); q.pop();cout << t.x << " " << t.y << " " << t.z << endl;}return 0;}输出结果为(注意是按照z 的顺序从大到小出队的)：3 3 62 2 51 5 44 4 3

// 再看一个按照z 的顺序从小到大出队的例子：#include <iostream>#include <queue>using namespace std;class T{public:int x, y, z;T(int a, int b, int c):x(a), y(b), z(c){}};bool operator > (const T &t1, const T &t2){return t1.z > t2.z;}int main(){priority_queue<T, vector<T>, greater<T> > q;q.push(T(4,4,3));q.push(T(2,2,5));q.push(T(1,5,4));q.push(T(3,3,6));while (!q.empty()){T t = q.top(); q.pop();cout << t.x << " " << t.y << " " << t.z << endl;}return 0;}输出结果为：4 4 31 5 42 2 53 3 6如果我们把第一个例子中的比较运算符重载为：bool operator < (const T &t1, const T &t2){return t1.z > t2.z; // 按照z 的顺序来决定t1 和t2 的顺序}则第一个例子的程序会得到和第二个例子的程序相同的输出结果。

4. STL中heap的用法

0. 头文件是<algorithm>

1. 讲道理heap并不属于STL容器组件

2. 优先队列底层

3. 它分为 max heap 和min heap，在缺省情况下，max-heap是优先队列（priority queue）的底层实现机制。 而这个实现机制中的max-heap实际上 是以一个vector表现的完全二叉树（complete binary tree）。STL在<algorithm.h>中实现了对 存储在vector/deque 中的元素进行堆操作的函数，包括make_heap, pop_heap, push_heap, sort_heap，对不愿自己写数据结构堆的C++选手来说，这几个算法函数很有用，详细解释可以参见：  http://www.cplusplus.com/reference/algorithm/make_heap/

下面的_First与_Last为可以随机访问的迭代器（指针），_Comp为比较函数（仿函数），其规则——如果函数的第一个参数小于第二个参数应返回true，否则返回false。

1.make_heap()：

make_heap(_First, _Last)
make_heap(_First, _Last, _Comp)

默认是建立最大堆的。对int类型，可以在第三个参数传入greater<int>()得到最小堆。

2.push_heap(_First, _Last)：

新添加一个元素在末尾，然后重新调整堆序。也就是把元素添加在底层vector的end()处。

该算法必须是在一个已经满足堆序的条件下，添加元素。该函数接受两个随机迭代器，分别表示first,end,区间范围。

关键是我们执行一个siftup()函数，上溯函数来重新调整堆序。具体的函数机理很简单，可以参考我的编程珠玑里面堆的实现的文章。

3.pop_heap(_First, _Last)：

这个算法跟push_heap类似，参数一样。不同的是我们把堆顶元素取出来，放到了数组或者是vector的末尾，用原来末尾元素去替代，然后end迭代器减1，执行siftdown()下溯函数来重新调整堆序。

注意算法执行完毕后，最大的元素并没有被取走，而是放于底层容器的末尾。如果要取走，则可以使用底部容器（vector）提供的pop_back()函数。

4.sort_heap(_First, _Last)：

既然每次pop_heap可以获得堆中最大的元素，那么我们持续对整个heap做pop_heap操作，每次将操作的范围向前缩减一个元素。当整个程序执行完毕后，我们得到一个非降的序列。注意这个排序执行的前提是，在一个堆上执行。

下面是这几个函数操作vector中元素的例子。

#include<iostream>#include<vector>#include<algorithm>using namespace std;int main(){int a[] = {15, 1, 12, 30, 20};vector<int> ivec(a, a+5);for(vector<int>::iterator iter=ivec.begin();iter!=ivec.end();++iter)cout<<*iter<<" ";cout<<endl;make_heap(ivec.begin(), ivec.end());//建堆for(vector<int>::iterator iter=ivec.begin();iter!=ivec.end();++iter)cout<<*iter<<" ";cout<<endl;pop_heap(ivec.begin(), ivec.end());//先pop,然后在容器中删除ivec.pop_back();for(vector<int>::iterator iter=ivec.begin();iter!=ivec.end();++iter)cout<<*iter<<" ";cout<<endl;ivec.push_back(99);//先在容器中加入，再pushpush_heap(ivec.begin(), ivec.end());for(vector<int>::iterator iter=ivec.begin();iter!=ivec.end();++iter)cout<<*iter<<" ";cout<<endl;sort_heap(ivec.begin(), ivec.end());for(vector<int>::iterator iter=ivec.begin();iter!=ivec.end();++iter)cout<<*iter<<" ";cout<<endl;return 0;}

5. 计算机系统中的stack与heap

见我的博文：http://blog.csdn.net/love_fdu_llp/article/details/52492505

6. 其他信息

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