【C++初阶学习】第十二弹——stack和queue的介绍和使用

GG Bond1

发布于 2024-06-14 21:22:29

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发布于 2024-06-14 21:22:29

文章被收录于专栏：C/C++葵花宝典C/C++葵花宝典

前言：

在之前学习C语言的时候，我们已经学习过栈与队列，并学习过如何使用C语言来实现栈与队列，今天，我们用C++来学习这些知识，让我们探索一下其中的新的知识点

一、stack（栈）

C++中的stack是一种遵循后进先出原则的容器适配器。它提供了一系列标准的操作，使得用户可以方便地实现栈这种数据结构。

1. 栈的概述

在C++标准库中，stack并不直接暴露给用户，而是作为<stack>头文件中stack模板类的声明。这个类是std::deque的封装，因此默认情况下，栈是通过双端队列实现的。但是，用户也可以指定其他的容器作为栈的底层结构，比如std::vector或std::list。

2. 栈的构造函数和成员函数

栈提供了以下构造函数和成员函数，以便用户可以轻松地创建和使用栈：

空栈构造函数：创建一个空的栈。
基于容器的构造函数：使用一个已存在的容器来初始化栈。
拷贝构造函数：创建一个新栈，其内容是另一个栈的副本。

成员函数包括：

empty()：检查栈是否为空。
size()：获取栈中的元素数量。
top()：返回栈顶元素的引用。
push(const T&)：在栈顶插入一个元素。
pop()：移除并返回栈顶元素。
emplace(const T&)：在栈顶位置构造并插入一个元素。
swap(stack&)：与另一个栈交换元素。

3. 栈的使用示例

以下是一个简单的使用C++栈的示例代码：

#include <iostream>
#include <stack>

int main() {
    std::stack<int> numbers;

    // 压入一些数字
    numbers.push(1);
    numbers.push(2);
    numbers.push(3);

    // 打印栈顶元素
    std::cout << "栈顶元素: " << numbers.top() << std::endl;

    // 弹出栈顶元素
    numbers.pop();

    // 检查栈是否为空
    if (numbers.empty()) {
        std::cout << "栈为空" << std::endl;
    } else {
        std::cout << "栈不为空，栈中有 " << numbers.size() << " 个元素" << std::endl;
    }

    return 0;
}

运行结果：

4. 注意事项

虽然栈的使用看似简单，但在实际应用中仍然需要注意以下几点：

确保不要超过栈的容量，否则可能会导致溢出。
如果你需要频繁地访问栈中的元素，而不是仅仅进行 push 和 pop 操作，可能需要考虑使用其他数据结构。
在模拟实现栈时，要注意内存管理，避免内存泄漏。

二、queue（队列）

C++中的queue是一种遵循先进先出原则的容器适配器。它提供了一系列标准的操作，使得用户可以方便地实现队列这种数据结构。

1. 队列的概述

在C++标准库中，queue并不直接暴露给用户，而是作为<queue>头文件中queue模板类的声明。这个类是std::deque的封装，因此默认情况下，队列是通过双端队列实现的。但是，用户也可以指定其他的容器作为队列的底层结构，比如std::list。

2. 队列的构造函数和成员函数

队列提供了以下构造函数和成员函数，以便用户可以轻松地创建和使用队列：

空队列构造函数：创建一个空的队列。
基于容器的构造函数：使用一个已存在的容器来初始化队列。
拷贝构造函数：创建一个新队列，其内容是另一个队列的副本。

成员函数包括：

empty()：检查队列是否为空。
size()：获取队列中的元素数量。
front()：返回队列的第一个元素的引用。
back()：返回队列的最后一个元素的引用。
push(const T&)：在队列的尾部插入一个元素。
pop()：移除并返回队列的第一个元素。
emplace(const T&)：在队列的尾部位置构造并插入一个元素。
swap(queue&)：与另一个队列交换元素。

3. 队列的使用示例

以下是一个简单的使用C++队列的示例代码：

#include <iostream>
#include <queue>

int main() {
    std::queue<int> numbers;

    // 插入一些数字
    numbers.push(1);
    numbers.push(2);
    numbers.push(3);

    // 打印队列的第一个元素
    std::cout << "队列的第一个元素: " << numbers.front() << std::endl;

    // 打印队列的最后一个元素
    std::cout << "队列的最后一个元素: " << numbers.back() << std::endl;

    // 弹出队列的第一个元素
    numbers.pop();

    // 检查队列是否为空
    if (numbers.empty()) {
        std::cout << "队列为空" << std::endl;
    } else {
        std::cout << "队列不为空，队列中有 " << numbers.size() << " 个元素" << std::endl;
    }

    return 0;
}

运行结果：

4. 注意事项

虽然队列的使用看似简单，但在实际应用中仍然需要注意以下几点：

确保不要超过队列的容量，否则可能会导致溢出。
如果你需要频繁地访问队列中的元素，而不是仅仅进行 push 和 pop 操作，可能需要考虑使用其他数据结构。
在模拟实现队列时，要注意内存管理，避免内存泄漏。

三、思考题

1、我们学过如何用C语言来模拟实现栈与队列，那我们如今学习了C++STL部分，请思考我们如何用C++来模拟实现栈与队列 2、上面我们讲到这两个的底层容器都是dequeue，那什么是dequeue呢？ 3、我们可不可以用其他容器，如vector、list来模拟实现栈与队列？（这些问题可以先思考一下，我们下篇再讲）