【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】


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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

【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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