带你深入理解STL之Stack和Queue

Posted 2022-12-10 ZeeCoder

上一篇博客，带你深入理解STL之Deque容器中详细介绍了deque容器的源码实现方式。结合前面介绍的两个容器vector和list，在使用的过程中，我们确实要知道在什么情况下需要选择恰当的容器来满足需求和提升效率。一般选择的准则有如下几条：

• 如果需要随机访问一个容器，vector比list要好
• 如果需要经常插入和删除操作的话，list比vector要好
• 如果既要随机存取，又要关心两端数据的插入和删除，则选择deque

好了，复习完前面的知识后，开始介绍今天的两个容器stack和queue。由于stack和queue都是基于deque来实现的，所以相应的代码会比较简单，也是比较轻松易实现的，下面一起去看看吧。

stack

如果把deque比作一个管道，两头都可进可出的话，stack就是一个桶！只能一头进一头出，而且，压在下面的东西你看不到，你要是想看，只能把上面的东西拿出来再去看。

stack是一种先进后出的数据结构，允许新增元素、移除元素和取得最顶端的元素，除了最顶端，没有任何其他方法可以存取stack中的元素，也就是说stack没有遍历行为，因此，stack是没有迭代器的！！！！！

以deque为底层容器来实现stack这种数据结构，简直不能再简单，基本的操作函数都已经定义好了，deque可以为它完成所有工作。与其说stack是一种容器，倒不如说它是一种配接器，一种容器适配器。

下面我们就来看看stack的源码，真的没骗你，超级简单。

template <class T, class Sequence = deque<T>  // 以deque作为缺省底层容器
class stack

    // #define __STL_NULL_TMPL_ARGS <>
  friend bool operator== __STL_NULL_TMPL_ARGS (const stack&, const stack&);
  friend bool operator< __STL_NULL_TMPL_ARGS (const stack&, const stack&);

public:
  typedef typename Sequence::value_type value_type;
  typedef typename Sequence::size_type size_type;
  typedef typename Sequence::reference reference;
  typedef typename Sequence::const_reference const_reference;

protected:
  Sequence c;   // 底层容器，stack全靠它来实现

public:
    // 以下函数直接调用底层容器的接口即可实现

  // 判断stack是否为空
  bool empty() const  return c.empty();   

  // stack中元素个数
  size_type size() const  return c.size(); 

  // 返回栈顶元素, 注意这里返回的是引用!!!
  reference top()  return c.back(); 
  const_reference top() const  return c.back(); 

  // 在栈顶追加新元素
  void push(const value_type& x)  c.push_back(x); 

  // 移除栈顶元素, 注意不返回元素的引用,
  // 很多初学者随机用此容器时经常误认为pop()操作同时会返回栈顶元素的引用
  void pop()  c.pop_back(); 
;

// 判断两个stack是否相等, 就要测试其内部维护容器是否相等
// x.c == y.c会调用容器重载的operator ==
template <class T, class Sequence>
bool operator==(const stack<T, Sequence>& x, const stack<T, Sequence>& y)

  return x.c == y.c;


// 比较两个迭代器的大小，即比较底层容器的大小
template <class T, class Sequence>
bool operator<(const stack<T, Sequence>& x, const stack<T, Sequence>& y)

  return x.c < y.c;

你没有看错，stack的源码就只有上面几句话，全是调用底层容器的接口。下面再来看看它的同胞queue，同样很简单。

queue

queue是一种先进先出的数据结构，上面说道，dequeu是个双向可进可出的管道，stack是一个桶，queue就是一个单向的水管，只能一端进，一端出。

queue允许新增元素、移除元素、从最底端插入元素，从最顶端取得元素，但是，从了最底端插入，最顶端取出之外，没有任何其他方法可以存取queue里面的元素，queue和stack一样，不允许有遍历行为，因此，queue也没有迭代器！！！！

queue和stack一样，也是一种容器适配器，只需要调用底层容器的接口就能实现。下面来看看它的源码吧。

template <class T, class Sequence = deque<T> >
class queue

  friend bool operator== __STL_NULL_TMPL_ARGS (const queue& x, const queue& y);
  friend bool operator< __STL_NULL_TMPL_ARGS (const queue& x, const queue& y);

public:
  // 由于queue仅支持对队头和队尾的操作, 所以不定义STL要求的
  // pointer, iterator, difference_type
  typedef typename Sequence::value_type value_type;
  typedef typename Sequence::size_type size_type;
  typedef typename Sequence::reference reference;
  typedef typename Sequence::const_reference const_reference;

protected:
  Sequence c;   // 底层容器

public:
    // 以下操作和stack一样
  bool empty() const  return c.empty(); 
  size_type size() const  return c.size(); 
  reference front()  return c.front(); 
  const_reference front() const  return c.front(); 
  reference back()  return c.back(); 
  const_reference back() const  return c.back(); 
  void push(const value_type& x)  c.push_back(x); 
  void pop()  c.pop_front(); 
;

// 重载==操作符，比较底层容器即可
template <class T, class Sequence>
bool operator==(const queue<T, Sequence>& x, const queue<T, Sequence>& y)

  return x.c == y.c;

// 同上
template <class T, class Sequence>
bool operator<(const queue<T, Sequence>& x, const queue<T, Sequence>& y)

  return x.c < y.c;

后记

这篇博客的两个”容器“比较容易理解，因为底层都已经学过了，只需要调用接口即可。最后再啰嗦两句，stack是一个先进后出的容器，queue是一个先进先出的容器，在使用过程中，需要根据你的需求来选择。我在刷leetcode的时候，碰到遍历二叉树的问题，基本上前、中后序遍历的非递归实现中，都会用到stack，而树的层序遍历中，会采用queue，具体的做法可以参考我的这片博文，全面剖析树的各类遍历方法,相信看完你会对stack和queue的使用有进一步的理解！

参考：

• 侯捷先生的《STL的源码剖析》
• C++ STL源码剖析