STL之容器适配器queue的实现框架

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上篇文章STL之容器适配器stack的实现框架已经介绍了STL是如何借助基础容器实现一种常用的数据结构stack （栈），本文介绍下另外一种STL内部定义的另外一种STL容器适配器queue（队列）。

对于接触过数据结构的人来说，队列并不陌生，它是一种FIFO（first in first out)的数据结构。与栈相比，队列的不同之处在于：（1）队列是一种先进先出的数据结构，而栈则是一种后进先出的数据结构；（2）队列支持首尾两端的访问操作，而栈只支持一端（即顶端）的访问操作；（3）队列从队尾插入，从队首弹出；而栈的插入和弹出都位于栈顶。当然，容器适配器queue与stack有个共同之处是，两者都不支持遍历操作，内部并不提供迭代器。

从上面的对比我们分析我们可以推断出这两种适配器对基础容器的要求是不一样的，如上面所提到的第（3）点区别：queue的基础容器必须支持能够从首部弹出，而stack的基础容器必须支持尾部弹出。换句话说，queue的基础容器必须支持pop_front()操作，而stack的基础容器必须支持pop_back()操作。正因为这一点，顺序容器vector、list和deque均可作为stack的基础容器，而list和deque可作为queue的基础容器，而vector则不能作为queue的基础容器（因为vector)不提供pop_front()操作，这两个适配器的默认基础容器均为deque。

根据stack和queue操作的区别，我们可以对比分析stack和queue所提供操作的不同。

queue所提供的操作如下：

（1）获取当前队列中元素的个数。size_type size()，stack也提供该操作。

（2）获取队首元素（不弹出）。T & front()，stack不提供该操作。

（3）获取队尾部元素（不弹出）。T & back()，stack对应的函数为T & top()。

（4）入队操作。void push(const T &t)，stack也提供一样的函数，对应为入栈操作。

（5）出队操作。void pop()，stack也提供一样的函数，对应为出栈操作。

（6）判断队列是否为空。bool empty()，stack也提供一样的函数。

如果想使用STL中定义的queue适配器，需要引用queue头文件,#include<queue>。

下面给出queue适配器的实现代码和测试代码：

#include<iostream>
#include<deque>
using namespace std;

/****************queque的定义*************/
template<class T,class Sequence=deque<T> >
class queue
{
friend bool operator==(const queue& x,const queue& y);
friend bool operator<(const queue&x,const queue& y);
/****************容器适配器queue公有属性*********************/
public:
typedef typename Sequence::value_type value_type;//容器元素类型
typedef typename Sequence::size_type  size_type;//大小类型
typedef typename Sequence::reference  reference;//引用类型
typedef  typename Sequence::const_reference const_reference;//常引用类型
protected:
Sequence c;//基础容器
/*************queue的常用操作****************/
public:
bool empty()const;//判断是否为空
size_type size()const;//元素个数
reference front();//获取队首元素
const_reference front()const;
reference back();//获取队尾元素
const_reference back()const ;
void push(const value_type& x);//进队列
void pop();//出队操作
};

/***************queue类外实现***************/
template<class T,class Seq>
bool queue<T,Seq>::empty()const//判断队列是否为空队列,const在类外实现的时候也不能省
{
return c.empty();
}

template<class T,class Seq>
typename queue<T,Seq>::size_type queue<T,Seq>::size()const//返回队列内元素的个数
{
return c.size();
}

template<class T,class Seq>
typename queue<T,Seq>::reference queue<T,Seq>::front()//获取队首元素
{
return c.front();
}

template<class T,class Seq>
typename queue<T,Seq>::const_reference queue<T,Seq>::front()const//返回队首元素的常引用
{
return c.front();
}

template<class T,class Seq>
typename queue<T,Seq>::reference queue<T,Seq>::back()//取队尾元素的引用
{
return c.back();
}

template<class T,class Seq>
typename queue<T,Seq>::const_reference queue<T,Seq>::back()const//取队尾元素的引用
{
return c.back();
}

template<class T,class Seq>
void queue<T,Seq>::push(const value_type& t)//压队列
{
c.push_back(t);
}

template<class T,class Seq>
void queue<T,Seq>::pop()//出队列
{
c.pop_front();
}
int main()
{
queue<int> q;
q.push(1);
q.push(2);
q.push(3);
q.push(4);
while(!q.empty())
{
cout<<"size="<<q.size()<<" ";
cout<<q.front()<<endl;
q.pop();
}
return 0;
}

参考资料

[1]《STL源码剖析 侯捷》

[2]《C++Primer 第4版》