來看看棧和隊列不為人知的一面
我想棧和隊列的原理大家應該很熟悉了,隊列是先進先出,棧是先進后出。
如圖所示:
那么我這里在列出四個關于棧的問題,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也對應思考一下,自己使用的編程語言里棧和隊列是什么樣的。
- C++中stack 是容器么?
- 我們使用的stack是屬于那個版本的STL?
- 我們使用的STL中stack是如何實現的?
- 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, 因為一些同學使用數據結構會停留在非常表面上的應用,稍稍往深一問,就會有好像懂,好像也不懂的感覺。
有的同學可能僅僅知道有棧和隊列這么個數據結構,卻不知道底層實現,也不清楚所使用棧和隊列和STL是什么關系。
所以這里我在給大家掃一遍基礎知識,
首先大家要知道 棧和隊列是STL(C++標準庫)里面的兩個數據結構。
C++標準庫是有多個版本的,要知道我們使用的STL是哪個版本,才能知道對應的棧和隊列的實現原理。
那么來介紹一下,三個最為普遍的STL版本:
- HP STL 其他版本的C++ STL,一般是以HP STL為藍本實現出來的,HP STL是C++ STL的第一個實現版本,而且開放源代碼。
- P.J.Plauger STL 由P.J.Plauger參照HP STL實現出來的,被Visual C++編譯器所采用,不是開源的。
- SGI STL 由Silicon Graphics Computer Systems公司參照HP STL實現,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列也是SGI STL里面的數據結構, 知道了使用版本,才知道對應的底層實現。
來說一說棧,棧先進后出,如圖所示:
棧提供push 和 pop 等等接口,所有元素必須符合先進后出規則,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現棧的功能)。
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現的?
從下圖中可以看出,棧的內部結構,棧的底層實現可以是vector,deque,list 都是可以的, 主要就是數組和鏈表的底層實現。
我們常用的SGI STL,如果沒有指定底層實現的話,默認是以deque為缺省情況下棧的低層結構。
deque是一個雙向隊列,只要封住一段,只開通另一端就可以實現棧的邏輯了。
SGI STL中 隊列底層實現缺省情況下一樣使用deque實現的。
我們也可以指定vector為棧的底層實現,初始化語句如下:
- std::stack<int, std::vector<int> > third; // 使用vector為底層容器的棧
剛剛講過棧的特性,對應的隊列的情況是一樣的。
隊列中先進先出的數據結構,同樣不允許有遍歷行為,不提供迭代器, SGI STL中隊列一樣是以deque為缺省情況下的底部結構。
也可以指定list 為起底層實現,初始化queue的語句如下:
- std::queue<int, std::list<int>> third; // 定義以list為底層容器的隊列
所以STL 隊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也要思考棧與隊列的底層實現問題, 不要對數據結構的使用淺嘗輒止,而要深挖起內部原理,才能夯實基礎。