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【C++初阶】第14课—缝合怪deque和优先队列、仿函数

news 来源：原创 2025/8/21 19:36:06

文章目录

  • 1. 双端队列deque
    • 1.1 认识deque
    • 1.2 deque的迭代器
    • 1.3 deque的常用接口
    • 1.4 deque的优缺点
  • 2. 优先队列priority_queue
    • 2.1 认识priority_queue
    • 2.2 模拟实现优先队列priority_queue
  • 3. 仿函数

  • 在学习deque之前，回顾一下vector和list各自的优缺点
数据结构优点缺点
vector支持下标随机访问中间或头部插入删除效率低/扩容有一定的消耗，可能存在空间的浪费
list支持任意位置的插入删除/按需扩容或释放，不存在空间浪费不支持随机访问

1. 双端队列deque

1.1 认识deque

  • 前面学过了vector和list，不过两个容器各有各的优点，后来就衍生出集合两者优点的deque
  • 由于deque只是简单的将两者的优点结合，因此它也被称为缝合怪

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  • deque是一种双开口的“连续”空间的数据结构，但从物理结构上将，其实它只是一段一段连续的物理空间片段拼接而成的，并非整段都是连续的

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1.2 deque的迭代器

  • 想要理解deque的结构，重中之重就要了解它的迭代器是如何作用的

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  • deque整个的工作原理

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  • 有了以上理解后，如果deque尾插元素时，判断first等不等于end(),等于说明该buffer数组满了，需要扩容，然后finish迭代器的cur和first指向下个buffer数组的首元素位置，last指向下个buffer数组的尾元素下个位置，此时node也得更新，它得指向map有效元素的下个位置，map满了的话也得扩容，这样就避免了插入元素时需要频繁扩容的困扰
  • 需要注意的是deque的头插

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  • deque的下标随机访问

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1.3 deque的常用接口

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1.4 deque的优缺点

优点缺点
deque头部插入删除数据时，与vector相比，不需要额外移动数据；扩容时，不需要开辟大量的空间；与list相比，deque底层空间是"连续"的，空间的利用率比较高不适用与遍历，因为它遍历时需要通过迭代器频繁检查每个buffer数组的边界，效率低下
  • 因此deque通常不会去使用它，除非在某些特定的场景下

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  • 这里stack和queue的模版默认给的是deque，这是因为stack是"先进后出"的数据结构，它的常用接口也就是push_back()和pop_back()，这对于deque来说，刚好对应上其优点，deque在头部插入删除效率明显要高于vector
  • 而对于queue来讲，它是"先进先出"的数据结构，而deque是双端队列，在头部尾部插入/删除数据消耗也少，内存使用率也高
  • 对于双端队列deque来说，其应用场景目前就是作为stack和queue的底层默认容器

2. 优先队列priority_queue

2.1 认识priority_queue

  • 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是大堆。

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  • priority_queue的常用接口

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  • 如果要实现队列中所有元素按照升序排列呢？

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2.2 模拟实现优先队列priority_queue

  • 首先优先级队列默认是一个大堆，入队列出队列主要依靠向上向下调整算法
  • 入队列

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  • 出队列

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  • 代码
#include <deque>
#include <vector>
using namespace std;namespace PQ
{template<class T,class Container = vector<T>>class Priority_Queue{public://向上调整算法void adjust_up(size_t child){size_t parent = (child - 1) / 2;while (child > 0){if (_con[parent] < _con[child]){swap(_con[parent], _con[child]);child = parent;parent = (child - 1) / 2;}elsebreak;}}//向下调整算法void adjust_down(size_t parent){size_t child = parent * 2 + 1;while (child < _con.size()){//优先找最小的孩子if (child + 1 < _con.size() && _con[child + 1] > _con[child]){++child;}//对比最小孩子和父节点if (_con[parent] < _con[child]){swap(_con[parent], _con[child]);parent = child;child = parent * 2 + 1;}//有序elsebreak;}}void push(const T& x){_con.push_back(x);adjust_up(_con.size() - 1);}void pop(){swap(_con[0], _con[_con.size() - 1]);_con.pop_back();adjust_down(0);}const T& top(){return _con[0];}bool empty(){return _con.empty();}size_t size() const{return _con.size();}private:Container _con;};
}

3. 仿函数

  • 这里先简单了解下仿函数，其实就是重载小括号运算符
  • 仿函数是一个定义了 operator()的类或结构体实例。通过重载 operator()，你可以为对象定义调用时的行为，使其表现得像一个函数。

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  • 当然，使用仿函数有时也会达不到预期效果

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