【C++】—— stack和queue的模拟实现

前言

​ stack 和 queue使用起来都非常简单，现在来模拟实现一下，理解其底层的原理。

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​ 在实现之前，应该知道，stack 和 queue 都是容器适配器，通过看官网文件也可以看出来；其默认的容器都是deque（双端队列）。

stack 和 queue 都是在容器的基础上进行了封装，实现了各自的操作。

（在下面的实现中stack默认容器用vector，queue默认容器用list）

栈和队列的使用

栈的使用

​ 首先，STL中的栈是基于容器适配器实现的，默认容器是deque。

使用栈需要包含头文件:

#include<stack>

1.1 栈的基本操作

​ 先看一下，栈提供的接口函数

常用方法：

• push(): 将元素 val 压入栈顶。
• pop(): 移除栈顶元素。
• top(): 返回栈顶元素（但不移除）。
• empty(): 判断栈是否为空。
• size(): 返回栈的元素数量。

1.2 栈的使用

现在简单使用一下stack：

void test_stack() {//创建一个栈——存储整形stack<int> s;  //入栈s.push(1);s.push(2);s.push(3);//栈中元素cout << "元素个数: " << s.size() << endl;//栈顶元素cout << "栈顶元素: " << s.top() << endl;//出栈s.pop();//依次输出栈中的数据while (!s.empty()) {cout << s.top() << " ";s.pop();}cout << endl;return 0;
}

输出结果：

元素个数: 3
栈顶元素: 3
2 1

1.3 应用实例：点击消除

栈可以用来解决括号匹配这一类的问题。

​ 括号匹配之前已经做过了，这里来用栈做这样的一道题：点击消除_牛客题霸_牛客网

题目描述：

​ 这题思路比较简单，就是遍历字符串时，不断入栈，出栈（字符串中字符与栈顶元素相等）；最后输出即可。

需要注意的是：这里使用数组来模拟栈，方便输出

​ 当然也可以使用栈，不过输出时顺序是反的，需要进行处理。

#include <iostream>
using namespace std;int main() {string str;cin>>str;string ret;for(auto ch: str){if(ret.size()==0||ret[ret.size()-1]!=ch){ret.push_back(ch);}else {ret.pop_back();}}if(ret.empty()){cout<<'0';return 0;}cout<<ret;return 0;
}

队列的使用

2.1 队列的基本操作

STL 中的队列（queue）也是一种容器适配器，默认底层容器也是 deque。

使用栈需要包含头文件:

#include<queue>

常用方法：

• push(): 将元素 val 插入队尾。
• pop(): 移除队头元素。
• front(): 返回队头元素（不移除）。
• back(): 返回队尾元素（不移除）。
• empty(): 判断队列是否为空。
• size(): 返回队列的元素数量。

2.2 队列的使用

简单使用一下队列：

void test_queue()
{//创建一个队列——存储整型queue<int> q;//入队列q.push(10);q.push(20);q.push(30);cout << "数据个数: " << q.size() << endl;cout << "队头元素: " << q.front() << endl;cout << "队尾元素: " << q.back() << endl;//出队列q.pop();cout << "队列中数据: ";while (!q.empty()) {cout << q.front() << " ";q.pop();}cout << endl;
}

输出结果：

数据个数: 3
队头元素: 10
队尾元素: 30
队列中数据: 20 30

栈和队列的模拟实现

stack 模拟

​ 学习过初阶数据结构的栈，大概知道栈是怎么实现的，使用过STL里的stack也知道具体哪些操作，这里就直接开始实现。

1.默认成员函数

​ 对于默认成员函数，因为这里stack是对容器的封装，所以那些构造函数、析构函数、赋值运算符重载等都不需要我们自己去实现，编译器默认生成的会去调用vector（容器）的默认成员函数。

	template<class T, class Container = vector<T>>class stack{stack() {}private:Container _con;};

2.基本操作

​ 栈的基本操作无疑就是，入栈、出栈、取栈顶元素、判断栈是否为空。

入栈：

​ 直接调用容器vector的尾插即可。

		void push(const T& x){_con.push_back(x);}

出栈：

​ 直接调用容器vector的尾删

		void pop(){_con.pop_back();}

取栈顶元素：

​ 直接返回容器vector的最后一个元素即可，即调用back()函数

		T& top(){return _con.back();}const T& top()const {return _con.back();}

判断是否为空：

​ 调用容器的empty函数即可

		bool empty() const{return _con.empty();}

返回栈中元素个数：

		size_t size() const {return _con.size();}

swap

​ 直接调用容器的swap函数即可。

		void swap(stack& st){_con.swap(st._con);}

​ 到这里 就简单实现了我们的stack 结构了，是不是感觉很简单呢？

	template<class T, class Container = vector<T>>class stack{public:stack() {}void push(const T& x){_con.push_back(x);}void pop(){_con.pop_back();}T& top(){return _con.back();}const T& top()const {return _con.back();}bool empty() const{return _con.empty();}size_t size() const {return _con.size();}void swap(Container& st){_con.swap(st._con);}private:Container _con;};

queue 模拟

默认成员函数

​ 和stack一样，我们不需要去实现它的默认成员函数，编辑器默认生成的就已经可以满足我们的需求了。

基本操作

push

​ 入队列，在队尾插入

		void push(const T& x){_con.push_back(x);}

pop

​ 出队列，从头部删除

		void pop(){_con.pop_front();}

front和back

​ 返回队头数据 / 队尾数据

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

empty

		bool empty() const{return _con.empty();}

size

		size_t size() const{return _con.size();}

swap

		void swap(Container& con){_con.swap(con);}

​ 到这里stack和queue的模拟实现就完成了，感觉是不是很容易呢。

三、双端队列（deque）的栈和队列操作

deque（双端队列）既可以当作栈，也可以当作队列使用。我们可以在双端队列的两端进行插入和删除操作，从而更灵活地实现栈和队列的功能。

​ 对于双端队列，简单来说，就是可以像vector那样随机访问，也可以像链表那样随机位置插入；但是，效率很低，（个人感觉，就是为了给stack和queue作默认容器适配器来用的。

这里就不过多描述双端队列了，感兴趣可以去看一下源码学习学习。

继续加油！！！

_con.size();
}

**`swap`**~~~cppvoid swap(Container& con){_con.swap(con);}

​ 到这里stack和queue的模拟实现就完成了，感觉是不是很容易呢。

三、双端队列（deque）的栈和队列操作

deque（双端队列）既可以当作栈，也可以当作队列使用。我们可以在双端队列的两端进行插入和删除操作，从而更灵活地实现栈和队列的功能。

​ 对于双端队列，简单来说，就是可以像vector那样随机访问，也可以像链表那样随机位置插入；但是，效率很低，（个人感觉，就是为了给stack和queue作默认容器适配器来用的。

这里就不过多描述双端队列了，感兴趣可以去看一下源码学习学习。

继续加油！！！