【容器适配器】：认识STL中的栈与队列

翼同学
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1、写在前面

大家好，我是翼同学。今天文章的内容是：

  • STL中的栈与队列

2、栈

2.1、简介

栈结构中存储的元素满足先进后出（简称LIFO）的规则，如下所示：

image.png

在STL中，栈往往是归类为容器适配器（container adapter），在栈的内部结构中，可以使用vector、deque等来实现栈的底层逻辑。也就是说，栈适配器（stack）是一种单端开口的容器，对外提供的接口就有push、pop、top等，并且需要注意，栈的所有数据元素都必须符合先进后出的规则。而且，栈也不支持遍历操作（也就是不提供迭代器）。

栈的一些概念如下：

  • 栈顶（top）：允许进行插入或删除操作的一端，称为栈顶；
  • 栈底（bottom）： 与栈顶相对的另一端称为栈底；
  • 入栈（push）：在栈顶位置插入数据元素的操作称为入栈（有时也称为进栈、压栈）
  • 出栈（pop）：删除栈顶元素的操作称为出栈。（也叫弹栈、退栈）

对于stack适配器来说，每次只能访问位于最顶端的元素，只有移除了栈顶元素后，才能访问下面的元素。

2.2、创建栈

(1) 准备

当我们需要创建栈时，需要导入<stack>头文件，并使用std命名空间。

如下所示：

#include <stack>
using namespace std;

这是因为stack适配器:

  • 以模板类的形式位于<stack>头文件中
  • 并且定义在std命名空间里。

(2) 方式一

举个例子：

stack<int> vals;

在上述代码中，我们创建了一个无元素的stack适配器vals，该stack适配器用于存储int类型的元素，并且底层默认使用deque容器。

因此，如果我们没有指定底层实现，那么创建stack适配器时默认是以deque容器为栈的底层结构（因为deque是一个双向队列，只要封住一端，只开通另一端就可以实现栈的逻辑）。

(3) 方式二

举个例子：

stack<int, vector<int>> vals;

上述代码创建了一个使用vector容器作为底层容器的空stack容器适配器vals。需要注意的是，在指定基础容器时，其存储的数据类型必须和stack容器适配器存储的元素类型保持一致。

在<stack>头文件，stack适配器的模板类形式为stack<T, Container=deque<T>>，其中：

  • T：存储元素的数据类型
  • Container：底层容器的类型，可以是vector、deque、list。

通过模板类的第二个参数Container，我们可以使用除默认容器deque外的其他序列式容器，比如vector和list。

(4) 方式三

举个例子：

list<int> myList {1, 2, 3};             // 定义一个 list 容器
stack<int, list<int>> myStack (myList); // 栈顶元素为 3

在上述代码中，我们使用了一个list容器来初始化一个stack适配器myStack。需要注意，这里使用的容器类型必须和stack所使用的底层容器类型相同，这样才能使用list容器中的数据元素来初始化stack适配器。

(5) 方式四

举个例子：

list<int> vals{100, 200, 300};
stack<int, list<int>> myStack1(vals);
stack<int, list<int>> myStack2 = myStack1;
// 或者也可以这样：stack<int, list<int>> myStack2(myStack1);

在上述代码中，我们使用了一个stack适配器来初始化另一个stack适配器，注意，必须要求二者存储的元素类型以及底层采用的基础容器类型相同。

另外，可以注意到，使用stack适配器给另一个stack适配器进行初始化时，可以有两种方法：

  • stack<int, list<int>> myStack2 = myStack1;
  • 等价于
  • stack<int, list<int>> myStack2(myStack1);

2.3、使用栈

stack容器适配器提供了若干成员函数供我们使用，简单记录如下：

成员函数说明
empty()判断当前是否为空栈（栈中无元素），如果为空栈则返回true，否则返回false
size()获取栈中存储的元素总个数
top()返回栈顶元素的引用，即类型为T&。注意，如果返回空栈的栈顶元素，则程序将报错
push(const T& val)调用底层容器的push_back()函数，将参数val的副本压入栈的顶部，称为新的栈顶元素
push(T&& obj)调用底层容器的有右值引用参数的push_back()函数，将参数压入栈顶
pop()将栈顶元素弹出
swap(stack<T> & other_stack)进行互换操作的两个stack容器适配器中的元素（二者存储的元素类型以及底层采用的容器类型必须相同）

3、队列

前文梳理了一遍栈的特性，事实上，队列的情况也差不多。

3.1、简介

栈结构中存储的元素满足先进先出（简称FIFO）的规则，如下所示：

image.png

与stack容器适配器不同，queue容器适配器有2个开放的端口，其中一个用于输入数据，另一个用于输出数据

在STL中，队列也被归类为容器适配器（container adapter），而不是容器。同样的，队列也以deque为缺省情况下采用的底层结构。

在队列中，数据元素按照先进先出的规则进行存储，并且同样不允许有遍历的行为（也就不提供迭代器）。

2.2、创建队列

(1) 准备

当我们需要创建队列时，需要导入<queue>头文件，并使用std命名空间。

如下所示：

#include <queue>
using namespace std;

这是因为queue适配器:

  • 以模板类的形式位于<queue>头文件中
  • 并且定义在std命名空间里。

(2) 方式一

举个例子：

queue<int> vals;

在上述代码中，我们创建了一个无元素的queue适配器vals，该queue适配器用于存储int类型的元素，并且底层默认使用deque容器来实现。

因此，如果我们没有指定底层实现，那么创建queue适配器时默认是以deque容器为栈的底层结构。

(3) 方式二

举个例子：

queue<int, vector<int>> vals;

上述代码创建了一个使用vector容器作为底层容器的空queue容器适配器vals。需要注意的是，在指定基础容器时，其存储的数据类型必须和queue容器适配器存储的元素类型保持一致。

在<queue>头文件，queue适配器的模板类形式为queue<T, Container=deque<T>>，其中：

  • T：表示存储元素的数据类型
  • Container：表示底层容器的类型，可以是vector、deque、list。

和栈适配器一样，通过模板类的第二个参数Container，我们可以使用除默认容器deque以外的其他序列式容器，比如vector和list。

(4) 方式三

举个例子：

deque<int> vals {100, 200, 300};
queue<int> myQueue(vals);

在上述代码中，我们使用了一个deque基础容器来初始化一个queue容器适配器myQueue。

需要注意，这里使用的容器类型必须和queue所使用的底层容器类型相同，这样才能用deque容器中的数据元素来初始化queue适配器。

(5) 方式四

举个例子：

deque<int> vals{100, 200, 300};
queue<int> myQueue1(vals);
queue<int> myQueue2(myQueue1);
// 或者也可以这样：queue<int> myQueue2 = myQueue1;

在上述代码中，我们使用了一个queue容器适配器myQueue1来初始化另一个queue适配器myQueue2。注意，必须要求二者存储的元素类型以及底层采用的基础容器类型相同。

另外我们可以注意到，一旦使用queue适配器给另一个queue适配器进行初始化时，可以有两种方法：

  • queue<int> myQueue2(myQueue1);
  • 等价于
  • queue<int> myQueue2 = myQueue1;

3.3、使用队列

成员函数说明
empty()判断是否为空队列，如果是则返回true，否则返回false
size()返回queue中元素的个数
front()返回queue中第一个元素的引用。备注：如果queue是常量，就返回一个常引用；如果queue为空，返回值是未定义的
back()返回queue中最后一个元素的引用。备注：如果queue是常量，就返回一个常引用；如果queue为空，返回值是未定义的
push(const T& obj)通过调用底层容器的push_back()函数来将传入参数的副本添加到queue的尾部
push(T&& obj)通过调用底层容器的具有右值引用参数的push_back()函数来将传入的参数以移动的方式添加到queue的尾部
pop()删除queue中的首元素
swap(queue<T> &other_queue)互换两个queue容器适配器中的元素（进行互换操作的两个queue容器适配器存储的元素类型以及底层采用的容器类型必须相同）

3、写在最后

好了，文章的内容就到这里，感谢观看。

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