stack和queue的介绍和使用

stack的介绍

stack的文档介绍

stack是一种容器适配器，专门用于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是作为容器适配器被实现的，容器适配器即是对特定类封装作为其底层的容器，并提供一组特定的成员函数来访问其元素，将特定类作为其底层的，元素特定容器的尾部(即栈顶)被压入和弹出。
stack的底层容器可以是任何标准的容器类模板或者一些其他特定的容器类，这些容器类应该支持以下操作：
- empty：判空操作
- back：获取尾部元素操作
- push_back：尾部插入元素操作
- pop_back：尾部删除元素操作
标准容器vector、deque、list均符合这些需求，默认情况下，如果没有为stack指定特定的底层容器，默认情况下使用deque。

stack的定义方式

方式一： 使用默认的适配器定义栈。

stack<int> st1;

方式二： 使用特定的适配器定义栈。

stack<int, vector<int>> st2;
stack<int, list<int>> st3;

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

示例：

#include <iostream>
#include <vector>
#include <stack>
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;
}

queue的介绍

queue的文档介绍

队列是一种容器适配器，专门用于在FIFO上下文(先进先出)中操作，其中从容器一端插入元素，另一端提取元素。
. 队列作为容器适配器实现，容器适配器即将特定容器类封装作为其底层容器类，queue提供一组特定的成员函数来访问其元素。元素从队尾入队列，从队头出队列。
底层容器可以是标准容器类模板之一，也可以是其他专门设计的容器类。该底层容器应至少支持以下操作:
- empty：检测队列是否为空
- size：返回队列中有效元素的个数
- front：返回队头元素的引用
- back：返回队尾元素的引用
- push_back：在队列尾部入队列
- pop_front：在队列头部出队列
标准容器类deque和list满足了这些要求。默认情况下，如果没有为queue实例化指定容器类，则使用标准容器deque。

queue的定义方式

方式一： 使用默认的适配器定义队列。

queue<int> q1;

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;

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

示例：

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

int main()
{
	queue<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;
}

stack和queue的模拟实现

容器适配器

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。
在这里插入图片描述

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：

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。
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。

结合了deque的优点，而完美的避开了其缺陷。

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

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

实现代码如下：

#include<deque>
namespace wyt
{
    template<class T, class Container = deque<T>>
    class stack
    {
    public:
        stack()
        {}

		//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;
    };
}

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。

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

实现代码如下：

#include<deque>

namespace wyt
{
    template<class T, class Container = deque<T>>
    class queue
    {
    public:
        queue()
        {}
		//队尾入队列
        void push(const T& x)
        {
            _con.push_back(x);
        }
		//队头出队列
        void pop()
        {
            _con.pop_front();
        }
		//获取队尾元素
        T& back()
        {
            return _con.back();
        }

        const T& back()const
        {
            return _con.back();
        }
		//获取队头元素
        T& front()
        {
            return _con.front();
        }

        const T& front()const
        {
            return _con.front();
        }
		//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;
    };
}