C++从入门到实战（二十二）stack的介绍和使用

珹洺2025-12-18 11:58

C++从入门到实战（二十二）stack的介绍和使用

  • 前言
  • 一、什么是stack
    • [1.1 stack的核心特性](#1.1 stack的核心特性)
    • [1.2 stack与序列容器的核心差异](#1.2 stack与序列容器的核心差异)
  • 二、stack的核心接口详解
    • [2.1 构造函数：stack()](#2.1 构造函数：stack())
    • [2.2 判空操作：empty()](#2.2 判空操作：empty())
    • [2.3 大小获取：size()](#2.3 大小获取：size())
    • [2.4 栈顶访问：top()](#2.4 栈顶访问：top())
    • [2.5 入栈操作：push()](#2.5 入栈操作：push())
    • [2.6 出栈操作：pop()](#2.6 出栈操作：pop())
  • 三、stack的综合使用示例
  • 四、stack核心接口总结

前言

  • 在前几篇博客中，我们系统学习了vector（动态数组）、list（双向循环链表）、string（动态字符串）等序列式容器------它们都支持随机访问或双向遍历，可直接操作任意位置的元素。
  • 本篇将聚焦STL中的适配器容器 ------stack（栈）：它并非独立的容器，而是基于其他序列容器（如deque、vector）封装而成的"适配容器"，核心遵循后进先出（LIFO） 原则，仅支持栈顶的插入、删除和访问操作。
  • 我们将从stack的核心特性入手，详解其常用接口的用法、底层实现逻辑，并结合示例说明其典型应用场景，帮助你掌握栈的核心使用技巧。

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C++官方stack文档
https://cplusplus.com/reference/stack/stack/

一、什么是stack

std::stack 是C++ STL中的容器适配器 （Container Adapter），而非原生容器------它封装了底层序列容器（默认是deque双端队列（后续我们也会详细讲解）），并仅暴露符合"栈"特性的接口，核心规则是：最后入栈的元素最先出栈（LIFO, Last In First Out）。

1.1 stack的核心特性

  • 单向操作 ：仅能对栈顶 进行插入（push）、删除（pop）和访问（top）操作，无法访问栈中间或栈底的元素。
  • 无随机访问 ：不支持下标（[]）、迭代器遍历，也没有begin()/end()接口。
  • 适配器特性 ：底层可复用deque、vector、list等序列容器（需满足back()、push_back()、pop_back()、empty()、size()接口），默认选择deque（兼顾效率和内存特性）。
  • 轻量级封装 ：stack本身仅提供接口封装，无额外内存开销，性能依赖底层容器。

1.2 stack与序列容器的核心差异

对比维度 stack（栈） vector（动态数组） list（双向链表）
访问方式 仅栈顶（top()） 随机访问（[]/at()） 双向遍历（迭代器）
插入/删除位置 仅栈顶（push()/pop()） 任意位置（insert()/erase()） 任意位置（insert()/erase()）
迭代器支持 不支持 支持随机访问迭代器 支持双向迭代器
底层实现 容器适配器（默认deque） 连续内存 离散节点（双向循环链表）
核心规则 后进先出（LIFO） 顺序存储 顺序存储

二、stack的核心接口详解

stack的接口极简，仅包含构造、判空、大小、栈顶访问、入栈、出栈6个核心接口，以下是详细说明：

2.1 构造函数：stack()

语法

cpp 复制代码 
stack<T> st;  // T为存储的元素类型（如int、string等）
// 或指定底层容器：stack<T, Container> st;

作用

  • 创建一个空的栈，底层容器默认初始化（如deque的默认构造）。

示例

cpp 复制代码 
#include <stack>
#include <iostream>
#include <vector>
#include <list>
using namespace std;

int main() {
    // 1. 默认构造（底层deque）
    stack<int> st1;

    // 2. 指定底层容器为vector
    stack<int, vector<int>> st2;

    // 3. 指定底层容器为list
    stack<int, list<int>> st3;

    cout << "st1是否为空：" << st1.empty() << endl;  // 输出：1（true）
    return 0;
}

2.2 判空操作：empty()

语法

cpp 复制代码 
bool empty() const;

作用

  • 检测栈是否为空（无元素），为空返回true，否则返回false。

示例

cpp 复制代码 
stack<int> st;
cout << st.empty() << endl;  // 空栈，输出：1（true）

st.push(10);
cout << st.empty() << endl;  // 非空，输出：0（false）

2.3 大小获取：size()

语法

cpp 复制代码 
size_t size() const;

作用

  • 返回栈中元素的个数，类型为size_t（无符号整数）。

示例

cpp 复制代码 
stack<int> st;
st.push(1);
st.push(2);
st.push(3);

cout << "栈的大小：" << st.size() << endl;  // 输出：3

2.4 栈顶访问：top()

语法

cpp 复制代码 
// 普通版本：返回栈顶元素的引用（可修改）
T& top();
// const版本：返回栈顶元素的const引用（只读）
const T& top() const;

作用

  • 返回栈顶元素的引用（栈顶是最后入栈的元素），注意：空栈调用top()会导致未定义行为。

示例

cpp 复制代码 
stack<int> st;
st.push(10);
st.push(20);

// 普通版本：修改栈顶元素
st.top() = 30;  
cout << "栈顶元素：" << st.top() << endl;  // 输出：30

// const版本：只读
const stack<int> cst(st);
cout << "const栈顶元素：" << cst.top() << endl;  // 输出：30
// cst.top() = 40;  // 错误！const引用不可修改


2.5 入栈操作：push()

语法

cpp 复制代码 
// 拷贝入栈：将val拷贝到栈顶
void push(const T& val);
// 移动入栈（C++11）：将val移动到栈顶（效率更高）
void push(T&& val);
// 原地构造（C++11）：直接在栈顶构造元素，避免拷贝
template <class... Args>
void emplace(Args&&... args);

作用

  • 将元素添加到栈顶，底层调用容器的push_back()（或emplace_back()）。

示例

cpp 复制代码 
stack<int> st;
// 普通拷贝入栈
st.push(1);
st.push(2);

// emplace原地构造（效果同push(3)，但效率更高）
st.emplace(3);

cout << "栈顶元素：" << st.top() << endl;  // 输出：3
cout << "栈的大小：" << st.size() << endl;  // 输出：3

2.6 出栈操作：pop()

语法

cpp 复制代码 
void pop();

作用

删除栈顶元素（仅删除，不返回），底层调用容器的pop_back()；注意：空栈调用pop()会导致未定义行为。

示例

cpp 复制代码 
stack<int> st;
st.push(1);
st.push(2);
st.push(3);

cout << "出栈前栈顶：" << st.top() << endl;  // 输出：3
st.pop();  // 删除栈顶元素3
cout << "出栈后栈顶：" << st.top() << endl;  // 输出：2
cout << "出栈后大小：" << st.size() << endl;  // 输出：2

三、stack的综合使用示例

stack的核心操作是"入栈→访问栈顶→出栈"的循环，以下是完整示例，包含栈的基本操作和"遍历"技巧（stack无迭代器，需借助临时栈）：

cpp 复制代码 
#include <stack>
#include <iostream>
using namespace std;

int main() {
    // 1. 初始化栈并入栈元素
    stack<int> st;
    st.push(10);
    st.push(20);
    st.push(30);
    st.push(40);

    // 2. 基本属性
    cout << "栈是否为空：" << st.empty() << endl;  // 输出：0
    cout << "栈的大小：" << st.size() << endl;    // 输出：4
    cout << "栈顶元素：" << st.top() << endl;     // 输出：40

    // 3. 出栈操作（删除栈顶）
    st.pop();
    cout << "出栈后栈顶：" << st.top() << endl;  // 输出：30

    // 4. 模拟遍历栈（需借助临时栈，遍历后原栈为空）
    stack<int> temp;  // 临时栈
    cout << "栈的元素（从栈顶到栈底）：";
    while (!st.empty()) {
        int val = st.top();
        cout << val << " ";  // 输出：30 20 10
        temp.push(val);      // 保存到临时栈
        st.pop();            // 原栈出栈
    }
    cout << endl;

    // 5. 恢复原栈（从临时栈倒回）
    while (!temp.empty()) {
        st.push(temp.top());
        temp.pop();
    }
    cout << "恢复后栈的大小：" << st.size() << endl;  // 输出：3

    return 0;
}

输出结果 ：

四、stack核心接口总结

接口名 语法 功能描述 注意事项
构造 stack<T> st; 创建空栈，默认底层容器为deque 可指定底层容器（如vector/list）
empty() bool empty() const; 判断栈是否为空，空返回true 无参数，时间复杂度O(1)
size() size_t size() const; 返回栈中元素个数 返回值为无符号整数
top() T& top(); 返回栈顶元素的引用（可修改） 空栈调用会导致未定义行为
push() void push(const T& val); 将val拷贝入栈顶 底层调用push_back()
emplace() void emplace(Args&&... args); 栈顶原地构造元素 C++11新增，效率高于push()
pop() void pop(); 删除栈顶元素（无返回值） 空栈调用会导致未定义行为

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