C++ STL—— stack 和 queue

一、前言：为什么需要 Stack 和 Queue？

在 C++ 的 STL（Standard Template Library）中，vector 、list 、deque 等容器提供了灵活的数据存取方式，但有时我们只需要**"只进不出"（Stack）或"只进只出"**（Queue）的数据结构来简化代码逻辑。

Stack（栈）：遵循**后进先出（LIFO）**原则。想象一摞盘子，最后放上去的盘子最先拿下来。
Queue（队列）：遵循**先进先出（FIFO）**原则。想象排队买票，最先到的人最先买到票。

这两者都是基于 容器适配器（Container Adaptor） 实现的，即它们封装了底层容器（通常是 deque 或 vector），只暴露有限的接口以满足特定的使用场景[[1]][[2]][[3]]。

二、Stack（栈）的详细介绍

1. 栈的特性与底层实现

特性：只允许在**栈顶（Top）**进行插入和删除操作。
底层容器 ：默认使用 deque，但也可以显式指定为 vector 或 list（只要底层容器支持 back(), push_back(), pop_back()）[[4]][[5]][[6]]。

2. 常用成员函数

cpp 复制代码

stack<int> s;   // 声明一个存放int类型的栈

s.empty();     // 判断栈是否为空，返回bool
s.size();      // 返回栈中元素的个数，返回size_t
s.top();       // 访问栈顶元素，返回对栈顶元素的引用
s.push(val);   // 将元素压入栈顶
s.pop();       // 弹出栈顶元素（注意：pop()不返回值，仅删除）
s.emplace(args...); // 直接在栈顶构造元素（C++11）

注意：栈不支持遍历（没有迭代器），只能通过 top() 和 pop() 访问元素[[7]][[8]][[9]]。

3. 典型应用场景

表达式求值：中缀表达式转后缀表达式（逆波兰记法）[[10]]。
递归模拟：手动管理函数调用栈，防止栈溢出。
撤销功能：如编辑器的"撤销"操作，最近的操作最先撤销。

三、Queue（队列）的详细介绍

1. 队列的特性与底层实现

特性：只能在**队尾（Back）插入，在队头（Front）**删除。
底层容器 ：默认使用 deque，因为 deque 支持在两端高效插入删除[[11]][[12]][[13]]。

2. 常用成员函数

cpp 复制代码

queue<int> q;    // 声明一个存放int类型的队列

q.empty();      // 判断队列是否为空，返回bool
q.size();       // 返回队列中元素的个数，返回size_t
q.front();      // 访问队首元素，返回对队首元素的引用
q.back();       // 访问队尾元素，返回对队尾元素的引用
q.push(val);    // 将元素加入队尾
q.pop();        // 弹出队首元素（注意：pop()不返回值，仅删除）
q.emplace(args...); // 直接在队尾构造元素（C++11）

注意：和栈一样，队列也不支持遍历（没有迭代器），只能通过 front() 和 pop() 访问元素[[14]][[15]][[16]]。

3. 典型应用场景

广度优先搜索（BFS）：在图论算法中，使用队列来层层遍历节点[[17]]。
任务调度：如操作系统的进程调度，最先到达的任务最先执行。
缓存实现：如 LRU 缓存策略中的队列管理。

四、Stack 与 Queue 的对比

维度	Stack (栈)	Queue (队列)
原则	LIFO（后进先出）	FIFO（先进先出）
主要操作	`push`, `pop`, `top`	`push`, `pop`, `front`, `back`
使用场景	递归、撤销、表达式求值	BFS、任务调度、缓存
底层容器	默认 `deque`，可选 `vector`/`list`	默认 `deque`
是否支持遍历	否	否

五、实战代码演示

以下代码展示了 stack 和 queue 的基本使用方法，适合放在 CSDN 博客中作为示例代码块。

1. Stack 示例：整数入栈与出栈

cpp 复制代码

#include <iostream>
#include <stack>
using namespace std;

int main() {
    stack<int> s; // 声明一个栈

    // 入栈操作
    for (int i = 0; i < 5; ++i) {
        s.push(i);
        cout << "压入: " << i << endl;
    }

    // 出栈操作
    while (!s.empty()) {
        cout << "弹出: " << s.top() << endl;
        s.pop();
    }

    return 0;
}

运行结果：

复制代码

压入: 0
压入: 1
压入: 2
压入: 3
压入: 4
弹出: 4
弹出: 3
弹出: 2
弹出: 1
弹出: 0

2. Queue 示例：整数入队与出队

cpp 复制代码

#include <iostream>
#include <queue>
using namespace std;

int main() {
    queue<int> q; // 声明一个队列

    // 入队操作
    for (int i = 0; i < 5; ++i) {
        q.push(i);
        cout << "入队: " << i << endl;
    }

    // 出队操作
    while (!q.empty()) {
        cout << "出队: " << q.front() << endl;
        q.pop();
    }

    return 0;
}

运行结果：

复制代码

入队: 0
入队: 1
入队: 2
入队: 3
入队: 4
出队: 0
出队: 1
出队: 2
出队: 3
出队: 4

六、总结

stack 和 queue 虽然功能单一，但正因为它们的单向操作特性，使得代码更加简洁且效率更高。在日常开发中，了解它们的底层原理（如为什么默认使用 deque）以及它们的适用场景，可以帮助你写出更高效、更符合需求的代码。

通过本篇博客的介绍，你现在应该能熟练掌握这两个容器的基本用法，并能在合适的地方应用它们来解决实际问题了。[[18]][[19]][[20]]