
【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】
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说在前面
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
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
// 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
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
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
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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