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C++STL的stack和queue(超详解)

news 2025/7/6 17:28:40

文章目录

前言
stack
栈的题目
- 最小栈
- JZ31 栈的压入、弹出序列
- 150. 逆波兰表达式求值
stack的模拟实现
queue的模拟实现
deque
- deque底层设计

前言

栈和队列这一块其实有数据结构的基础，学起来非常简单。

stack

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栈的成员函数就这么写，除了emplace其他都已经非常熟悉了。

stack没有迭代器吗？
没有，因为栈已经不是容器了，它是容器适配器。给它一个迭代器还能保证先进先出这些吗？不能。

stack跟我们之前学的list其实很不太一样。
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模板参数不同。

先快速用一下stack，让它跑起来。

void test_stack()
{stack<int> st;st.push(1);st.push(2);st.push(3);st.push(4);while (!st.empty()){cout << st.top() << " ";st.pop();}cout << endl;
}

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栈的题目

最小栈

接下来我们做题来加深一下对stack的理解。
最小栈

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思路

首先定义两个栈，一个栈是正常的栈，实现正常的操作。
我们用另一个栈是最小栈，来实现O(1)检索到最小元素的栈。

这里要不要写那4个默认成员函数？
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不用。

push
如果是空栈或者需要push的数据小于最小栈栈顶元素，我们就push.否则最小栈不做处理。
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注意，如果需要push的数据等于栈顶元素也要push，否则pop的时候会把最小值也pop掉

pop
如果最小栈的栈顶元素和正常栈的栈顶元素相等我们就pop

class MinStack {
public:
//不用写MinStack() {}void push(int val) {_st.push(val);if (_minst.empty() || val <= _minst.top()){_minst.push(val);}}void pop() {if (_minst.top() == _st.top()){_minst.pop();}_st.pop();}int top() {return _st.top();}int getMin() {return _minst.top();}
private:stack<int> _st;stack<int> _minst;
};

优化
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如果是这样那不是很浪费。

可以这样优化，每个地方不是存一个值而是存一个结构。
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给大家看一下结构，具体实现就先不实现了。

stack<int> _st;
struct Data
{int _val;int _count;
}
stack<Date> _minst;

这就是模板的好处，如果没有模板，那自己还需要再写一个栈。

JZ31 栈的压入、弹出序列

栈的压入、弹出序列
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这道题稍有不慎就会写的很复杂，如果想清楚了也挺简单的。

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不匹配的一种情况

思路
这道题有很多种思路，最简单的就是用一个栈模拟入栈出栈的过程。
如果能模拟出来就匹配了，如果模拟不出来就不行。

所以我们的重点在于模拟这个栈。

先要第一个出4，那就入数据1234。只要不匹配就入数据。
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下一个出5，不匹配继续入
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再看下一个要出的数据是不是栈顶的元素，是就直接出。

如果能把入栈序列走完，出栈序列也走完，那就匹配了。

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以pushi为主要的，因为popi不一定能走到结尾。
第一步，入栈
第二步，判断是否要出栈(注意不一定只出一次)

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凡是这样写一定要小心，栈出了一个，然后栈空了。

空栈调用会报错。

怎么样匹配？
两种方式
1.popi走到尾了
2.栈为空
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150. 逆波兰表达式求值

逆波兰表达式求值

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中缀表达式
我们平时写的式子都是中缀表达式。但是计算机对于中缀表达式没办法直接运算。
比如1+2*(3-2)，计算机遇到操作数的时候是不敢运算的，因为还涉及到优先级。

后缀表达式
所以我们先把优先级给确定出来。
后缀就是优先级已经按先后顺序确定了。
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上面的这道题就是用后缀表达式求出结果？省去了中缀转后缀的过程，所以难度大大降低了。

运算后缀表达式
用一个栈就搞定了。
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过程
操作数入栈

操作符计算
先出的是右操作数。计算，结果入栈。

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最后
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这道题不难，但是你要理解一个逆波兰表达式为什么可以这样算，你就要理解中缀怎么转后缀。

代码实现
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怎么确定是操作数还是操作符？
这里有个小坑，如果操作不当，减号和负数会混。

最简单的方式是用一个字符串的比较就可以了
操作数入栈
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操作符出栈，计算。
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如何中缀转后缀？
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注意，输出并不指的是打印，而是说把数据放到一个容器里保存起来。

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跟栈顶操作符比较，优先级更高，不能直接输出，因为后面可能还有优先级更高的。

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然后回到之前第一步，操作数输出
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综上所述，我们便可以看到为什么后缀运算可以利用一个栈来进行模拟？
中缀转后缀的时候。
操作符出的时候，跟我相邻的两个数，就是要跟这个操作符的两个数运算，结果作为操作数又进行运算。
中缀转后缀就是这样转的，它的规则就是这样的。
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操作符出了，我要让两个操作数一定是在我的前面。那我怎么找到最近的两个操作数呢？
栈的后进先出刚刚好

很巧很巧，像发明栈的大佬致敬。

真正麻烦处理的还是带括号的。
比如1 + 2*（4 - 5）+ 6/7；

可以尝试先把后缀表达式写出来。

flag的解决方式
flag0的时候正常处理。
flag1的时候说明遇到括号了。
下一个的运算符优先级是高。
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不用flag的解决方式
这里就先不讲了。

stack的模拟实现

栈的实现有两种方式。
1.数组栈，尾部当作栈顶。
2.链表栈，头部当作栈顶。
数组栈更有优势一点。

传统的写法，无非就是搞一个数组，不够了就扩容。
我们这里用一个适配器的玩法。
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适配器的本质是什么？
现实生活中，我们的充电头也叫电源适配器。电源适配器是干嘛的？是生产电源的吗？
其实是用来变压的。
所以适配器的本质是用来转换的，把原来的东西给转换过来。

容器适配器，它不是自己存储数据，它是把已有的东西进行转换。

我们要实现一个顺序栈，链表栈，我们需要自己写吗？
我们可以拿一个已有的容器封装，这样写起来更简单。
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但是这还不是适配，还要转换。
再增加一个模板参数，Container,他具体是啥我也不知道，但是它肯定是符合我们要求的容器。

要实现顺序栈，传vector.
要实现链表栈，传list.

namespace but
{template<class T, class Container>class stack{public:void push(const T& x){_con.push_back(x);}void pop(){_con.pop_back();}const T& top(){return _con.back();}size_t size(){return _con.size();}bool empty(){return _con.empty();}private://vector<T> _v;Container _con;};void test_stack(){stack<int, vector<int>> st;//顺序栈//stack<int, list<int>> st;//链式栈//stack<int> st //缺省类型st.push(1);st.push(2);st.push(3);st.push(4);while (!st.empty()){cout << st.top() << " ";st.pop();}cout << endl;}
}

还可以给缺省类型。

template<class T, class Container= vector<T>>

函数传参如果不从右往左会有歧义。
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假设传两个参数，你就不知道传给谁了。

queue的模拟实现

快速手搓。

namespace but
{template<class T, class Container = list<T>>class queue{public:void push(const T& x){_con.push_back(x);}void pop(){_con.pop_front();}const T& front(){return _con.front();}const T& back(){return _con.back();}size_t size(){return _con.size();}bool empty(){return _con.empty();}private:Container _con;};void test_queue(){queue<int> q;q.push(1);q.push(2);q.push(3);q.push(4);while (!q.empty()){cout << q.front() << " ";q.pop();}cout << endl;}
}