【C++】STL详解（七）—— stack和queue的使用及模拟实现

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上一篇博客：【C++】STL详解（六）—— list的模拟实现

容器适配器

什么是适配器

适配器是一种设计模式(设计模式是一套被反复使用的、多数人知晓的、经过分类编目的、代码设计经验的总结)，该种模式是将一个类的接口转换成客户希望的另外一个接口。

stack和queue有一点需要注意的是，虽然stack和queue中也可以存放元素，但在STL中并没有将其划分在容器的行列，而是将其称为容器适配器，这是因为stack和queue只是对其他容器的接口进行了包装，STL中stack和queue默认使用deque容器。

在stack和queue的类模板声明当中我们就可以看到，它们的模板参数有两个，第一个是stack和queue当中所存储的元素类型，而另一个就是指定使用的容器类型。只不过当我们不指定使用何种容器的情况下，stack和queue都默认使用deque作为指定容器。

学过数据结构后知道，stack和queue既可以使用顺序表实现，也可以使用链表实现。在这里我们若是定义一个stack，并指定使用vector容器，则定义出来的stack实际上就是对vector容器进行了包装

deque特点：

为什么选择deque作为stack和queue的底层默认容器

stack是一种后进先出的特殊线性数据结构，因此只要具有push_back()和pop_back()操作的线性结构，都可以作为stack的底层容器，比如vector和list都可以; queue是先进先出的特殊线性数据结构，只要具有push_back和pop_front操作的线性结构，都可以作为queue的底层容器，比如list。但是STL中对stack和queue默认选择deque作为其底层容器，主要是因为:

1. stack和queue不需要遍历(因此stack和queue没有迭代器)，只需要在固定的一端或者两端进行操作。
2. 在stack中元素增长时，deque比vector的效率高(扩容时不需要搬移大量数据);queue中的元素增长时deque不仅效率高，而且内存使用率高。

stack

stack是一种容器适配器，专门用在具有后进先出操作的上下文环境中，其只能从容器的一端进行元素的插入与提取操作。

stack的定义方式

方式一： 使用默认的适配器定义栈。

stack<int> st1;
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方式二： 使用特定的适配器定义栈。

stack<int, vector<int>> st2;
stack<int, list<int>> st3;
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注意： 如果没有为stack指定特定的底层容器，默认情况下使用deque。

stack的使用

stack当中常用的成员函数如下：

成员函数	 功能
empty	判断栈是否为空
size	获取栈中有效元素个数
top   	获取栈顶元素
push	元素入栈
pop 	元素出栈
swap	交换两个栈中的数据
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示例：

#include 
#include 
#include 
using namespace std;

int main()
{
	stack<int, vector<int>> st;
	st.push(1);
	st.push(2);
	st.push(3);
	st.push(4);
	cout << st.size() << endl; //4
	while (!st.empty())
	{
		cout << st.top() << " ";
		st.pop();
	}
	cout << endl; //4 3 2 1
	return 0;
}
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queue

队列是一种容器适配器，专门用在具有先进先出操作的上下文环境中，其只能从容器的一端插入元素，另一端提取元素。

queue的定义方式

方式一： 使用默认的适配器定义队列。

queue<int> q1;
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方式二： 使用特定的适配器定义队列。

queue<int, vector<int>> q2;
queue<int, list<int>> q3;
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2

注意： 如果没有为queue指定特定的底层容器，默认情况下使用deque。

queue的使用

queue当中常用的成员函数如下：

成员函数	功能
empty	判断队列是否为空
size	获取队列中有效元素个数
front	获取队头元素
back	获取队尾元素
push	队尾入队列
pop	    队头出队列
swap	交换两个队列中的数据
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示例：

#include 
#include 
#include 
using namespace std;

int main()
{
	queue<int, list<int>> q;
	q.push(1);
	q.push(2);
	q.push(3);
	q.push(4);
	cout << q.size() << endl; //4
	while (!q.empty())
	{
		cout << q.front() << " ";
		q.pop();
	}
	cout << endl; //1 2 3 4
	return 0;
}
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stack的模拟实现

知道了容器适配器后，stack的模拟实现就显得相当简单，我们只需要调用所指定容器的各个成员函数即可实现stack的各个函数接口。

实现代码如下：

namespace sherry //防止命名冲突
{
	template<class T, class Container = std::deque<T>>
	class stack
	{
	public:
		//元素入栈
		void push(const T& x)
		{
			_con.push_back(x);
		}
		//元素出栈
		void pop()
		{
			_con.pop_back();
		}
		//获取栈顶元素
		T& top()
		{
			return _con.back();
		}
		const T& top() const
		{
			return _con.back();
		}
		//获取栈中有效元素个数
		size_t size() const
		{
			return _con.size();
		}
		//判断栈是否为空
		bool empty() const
		{
			return _con.empty();
		}
		//交换两个栈中的数据
		void swap(stack<T, Container>& st)
		{
			_con.swap(st._con);
		}
	private:
		Container _con;
	};
}
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queue的模拟实现

同样的方式，我们也是通过调用所指定容器的各个成员函数来实现queue的。

实现代码如下：

namespace sherry //防止命名冲突
{
	template<class T, class Container = std::deque<T>>
	class queue
	{
	public:
		//队尾入队列
		void push(const T& x)
		{
			_con.push_back(x);
		}
		//队头出队列
		void pop()
		{
			_con.pop_front();
		}
		//获取队头元素
		T& front()
		{
			return _con.front();
		}
		const T& front() const
		{
			return _con.front();
		}
		//获取队尾元素
		T& back()
		{
			return _con.back();
		}
		const T& back() const
		{
			return _con.back();
		}
		//获取队列中有效元素个数
		size_t size() const
		{
			return _con.size();
		}
		//判断队列是否为空
		bool empty() const
		{
			return _con.empty();
		}
		//交换两个队列中的数据
		void swap(queue<T, Container>& q)
		{
			_con.swap(q._con);
		}
	private:
		Container _con;
	};
}
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总结：

今天我们比较详细地完成了stack和queue的使用及模拟实现，了解了一些有关的底层原理。接下来，我们将进行STL中priority_queue的学习。希望我的文章和讲解能对大家的学习提供一些帮助。

当然，本文仍有许多不足之处，欢迎各位小伙伴们随时私信交流、批评指正！我们下期见~