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來看看棧和隊(duì)列不為人知的一面

我想棧和隊(duì)列的原理大家應(yīng)該很熟悉了,隊(duì)列是先進(jìn)先出,棧是先進(jìn)后出。

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如圖所示:

那么我這里在列出四個關(guān)于棧的問題,大家可以思考一下。以下是以C++為例,相信使用其他編程語言的同學(xué)也對應(yīng)思考一下,自己使用的編程語言里棧和隊(duì)列是什么樣的。

  1. C++中stack 是容器么?
  2. 我們使用的stack是屬于那個版本的STL?
  3. 我們使用的STL中stack是如何實(shí)現(xiàn)的?
  4. stack 提供迭代器來遍歷stack空間么?

相信這四個問題并不那么好回答, 因?yàn)橐恍┩瑢W(xué)使用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)會停留在非常表面上的應(yīng)用,稍稍往深一問,就會有好像懂,好像也不懂的感覺。

有的同學(xué)可能僅僅知道有棧和隊(duì)列這么個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),卻不知道底層實(shí)現(xiàn),也不清楚所使用棧和隊(duì)列和STL是什么關(guān)系。

所以這里我在給大家掃一遍基礎(chǔ)知識,

首先大家要知道 棧和隊(duì)列是STL(C++標(biāo)準(zhǔn)庫)里面的兩個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

C++標(biāo)準(zhǔn)庫是有多個版本的,要知道我們使用的STL是哪個版本,才能知道對應(yīng)的棧和隊(duì)列的實(shí)現(xiàn)原理。

那么來介紹一下,三個最為普遍的STL版本:

  1. HP STL 其他版本的C++ STL,一般是以HP STL為藍(lán)本實(shí)現(xiàn)出來的,HP STL是C++ STL的第一個實(shí)現(xiàn)版本,而且開放源代碼。
  2. P.J.Plauger STL 由P.J.Plauger參照HP STL實(shí)現(xiàn)出來的,被Visual C++編譯器所采用,不是開源的。
  3. SGI STL 由Silicon Graphics Computer Systems公司參照HP STL實(shí)現(xiàn),被Linux的C++編譯器GCC所采用,SGI STL是開源軟件,源碼可讀性甚高。

接下來介紹的棧和隊(duì)列也是SGI STL里面的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu), 知道了使用版本,才知道對應(yīng)的底層實(shí)現(xiàn)。

來說一說棧,棧先進(jìn)后出,如圖所示:

棧提供push 和 pop 等等接口,所有元素必須符合先進(jìn)后出規(guī)則,所以棧不提供走訪功能,也不提供迭代器(iterator)。不像是set 或者map 提供迭代器iterator來遍歷所有元素。

棧是以底層容器完成其所有的工作,對外提供統(tǒng)一的接口,底層容器是可插拔的(也就是說我們可以控制使用哪種容器來實(shí)現(xiàn)棧的功能)。

所以STL中棧往往不被歸類為容器,而被歸類為container adapter(容器適配器)。

那么問題來了,STL 中棧是用什么容器實(shí)現(xiàn)的?

從下圖中可以看出,棧的內(nèi)部結(jié)構(gòu),棧的底層實(shí)現(xiàn)可以是vector,deque,list 都是可以的, 主要就是數(shù)組和鏈表的底層實(shí)現(xiàn)。

我們常用的SGI STL,如果沒有指定底層實(shí)現(xiàn)的話,默認(rèn)是以deque為缺省情況下棧的低層結(jié)構(gòu)。

deque是一個雙向隊(duì)列,只要封住一段,只開通另一端就可以實(shí)現(xiàn)棧的邏輯了。

SGI STL中 隊(duì)列底層實(shí)現(xiàn)缺省情況下一樣使用deque實(shí)現(xiàn)的。

我們也可以指定vector為棧的底層實(shí)現(xiàn),初始化語句如下:

 
 
 
 
  1. std::stack > third;  // 使用vector為底層容器的棧 

剛剛講過棧的特性,對應(yīng)的隊(duì)列的情況是一樣的。

隊(duì)列中先進(jìn)先出的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),同樣不允許有遍歷行為,不提供迭代器, SGI STL中隊(duì)列一樣是以deque為缺省情況下的底部結(jié)構(gòu)。

也可以指定list 為起底層實(shí)現(xiàn),初始化queue的語句如下:

 
 
 
 
  1. std::queue> third; // 定義以list為底層容器的隊(duì)列 

所以STL 隊(duì)列也不被歸類為容器,而被歸類為container adapter( 容器適配器)。

我這里講的都是C++ 語言中情況, 使用其他語言的同學(xué)也要思考棧與隊(duì)列的底層實(shí)現(xiàn)問題, 不要對數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的使用淺嘗輒止,而要深挖起內(nèi)部原理,才能夯實(shí)基礎(chǔ)。


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