【C++】stack与queue的使用与模拟实现

【C++】stack与queue的使用与模拟实现

✨前言： 在C++ STL中，stack和queue是两个重要的数据结构组件，它们虽然简单却非常实用。与vector、list等容器不同，它们属于容器适配器，通过封装现有容器并提供特定接口来实现栈和队列的功能。接下来，让我们一起学习一下吧！！！

📖专栏：【C++成长之旅】

对于stack与queue的学习更为简单，但是它们与前面的string、vector......还是有本质区别，string是容器（container ），stack与queue是容器适配器（container adaptor）：

是因为它在现有容器的基础上，通过限制功能、改变接口，来"适配"出栈这种特定的数据结构。

也就是说，它的底层，可以是已有的容器，比如：list、vector......

关于容器适配器我会在下篇博客中来详细阐述，敬请期待，现在让我们来学习stack与queue吧。

对于stack和queue的思想，学过数据结构的都知道了，没学过的话也可以看看【栈与队列】。

一、stack与queue使用

【stack的参考文档】
【queue的参考文档】

两者的接口都很简单，我们要不展开说明了，来简单应用一下吧。

cpp 复制代码

// stack使用示例
#include <stack>
#include <iostream>
using namespace std;

int main() {
    stack<int> st;
    st.push(1);
    st.push(2);
    st.push(3);
    
    while (!st.empty()) {
        cout << st.top() << " ";  // 输出: 3 2 1
        st.pop();
    }
    return 0;
}

输出：3 2 1

接着就直接来看几个相对应的题吧：

题1：《用栈实现队列》

这个题很简单，但是我们要来体会C++中STL的方便，假设我们用C语言来完成的话，首先要自己实现一个栈才可以解题，但C++不需要。

参考题解：

cpp 复制代码

class MyQueue {
private:
    stack<int> inStack, outStack;
    void in2out() {
        while (!inStack.empty()) {
            outStack.push(inStack.top());
            inStack.pop();
        }
    }

public:
    MyQueue() {}
    
    void push(int x) { inStack.push(x); }

    int pop() {
        if (outStack.empty()) {
            in2out();
        }
        int x = outStack.top();
        outStack.pop();
        return x;
    }

    int peek() {
        if (outStack.empty()) {
            in2out();
        }
        return outStack.top();
    }

    bool empty() { return inStack.empty() && outStack.empty(); }
};

有兴趣的自己也可以练练，STL我们要多使用才可以掌握，多练。

题2：《用队列实现栈》，有时间也可以练练

二、stack模拟实现

对于两者的模拟实现也很简单，前面说过，它们两者是容器适配器。

所以对于stack我们可以用vector来封装：

cpp 复制代码

    template<class T, class Con = std::vector<T>>
    class stack
    {
    public:
        stack()  //默认构造函数
        {}
        void push(const T& x)  //入栈操作
        {
            _c.push_back(x);  //使用底层容器的push_back
        }
        void pop()  // 出栈操作
        {
            _c.pop_back();  // 使用底层容器的pop_back
        }
        T& top()
        {
            return _c.back();
        }
        const T& top()const
        {
            return _c.back();
        }
        size_t size()const
        {
            return _c.size();
        }
        bool empty()const
        {
            return _c.empty();
        }
    private:
        Con _c;
    };

怎么，是不是很简单，不要我们再像vector一样实现一个底层的结构。

三、queue模拟实现

对于queue，我们也可以用vector来封装，因为queue的接口中存在头删和尾插，因此使用vector来封装效率太低（vector在头部删除时需要移动所有后续元素，时间复杂度为O(n)，而list的pop_front是O(1)操作。），故可以借助list来模拟实

现queue，具体如下：

cpp 复制代码

    template<class T, class Con = std::list<T>>
    class queue
    {
    public:
        queue()
        { }
        void push(const T& x)
        {
            _c.push_back(x);
        }
        void pop()
        {
            _c.pop_front();
        }
        T& back()
        {
            return _c.back();
        }
        const T& back()const
        {
            return _c.back();
        }
        T& front()
        {
            return _c.front();
        }
        const T& front()const
        {
            return _c.front();
        }
        size_t size()const
        {
            return _c.size();
        }
        bool empty()const
        {
            return _c.empty();
        }
    private:
        Con _c;
    };

注意：

对于stack和queue的实现，官方的库中底层则是deque，但是鉴于我们可能不知道deque，下篇博客就会来说deque，但是实现是一样的，如果是deque，我们只需要把容器改为deque即可。

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