C++STL之stack和queue容器(详细+通俗易懂)

前言:老铁们好，笔者好久没更新STL的容器了，今天，笔者接着之前的STL容器的内容继续更新，所以今天给老铁们分享的是STL里面的栈和队列的容器的知识。

1.栈的定义

老规矩，我们先来看看C++的官网对stack的介绍文档。
在这里插入图片描述
然后我再为老铁们用大白话解释一下文档里面的内容。

1.在数据结构那一门课程中我们就学过，栈具有后进先出的特点，数据只能从栈顶出入，文档中第一点讲的就是这个。

2.栈是作为容器适配器被实现的，什么是容器适配器呢？容器适配器就像一个"转化器"(比如我们的充电线的接口)，它能将现有的容器转化为新的，具有特定功能的东西，例如可以将vector,list…转化为stack

3.底层容器可以是任何容器，只需要满足empty，size，back，push_back，pop_back这些操作即可，如果没有我们自己写的容器，那么会使用标准的容器，例如vector,list…

2.stack的使用

我会为老铁们逐一演示stack的常用接口是如何使用的。

首先stack使用，需要包头文件

#include <stack>

栈的定义

stack<int> st;//栈里面数据类型是int型

栈的插入数据

stack<int> st;
//插入1 2 3 4
st.push(1);
st.push(2);
st.push(3);
st.push(4);

栈数据的遍历

这里需要注意一下，栈是没有迭代器的，那么我们该如何遍历栈里面的数据呢？

stack<int> st;
//插入1 2 3 4
st.push(1);
st.push(2);
st.push(3);
st.push(4);while (!st.empty())//判断栈里面的数据不为空
{int top = st.top();//取栈顶的数据st.pop();//删除该数据，让栈顶的数据进行迭代cout << top << endl;
}

代码的预期结果应该是4 3 2 1，那么我们来看看结果吧
在这里插入图片描述
结果正确!以上这些结果就是stack里面常用的接口了。

3.队列的定义

还是老规矩，我们先来看看c++官网文档对queue的介绍文档。
在这里插入图片描述

1.队列也是一种容器适配器，队列满足先进先出的性质，队列从队头出数据，从队尾入数据。

2.如果底层容器是我们自己设计的话，需要满足以下功能接口，empty，size，front，back，push_back，pop_front。

4.队列的使用

queue的使用和stack的使用一样，都是要包头文件

#include <queue>

队列的定义

queue<int> q;

队列的插入数据

queue<int> q;
q.push(1);
q.push(2);
q.push(3);
q.push(4);

队列中数据的遍历

queue也是没有迭代器的，所以queue的遍历操作和stack的遍历操作差不多

	queue<int> q;q.push(1);q.push(2);q.push(3);q.push(4);while (!q.empty()){int top = q.front();//取队头的数据cout << top << " ";q.pop();//让队头进行迭代}

代码的预期结果应该是1 2 3 4,那么我们来看看是不是这样
在这里插入图片描述

取队尾的元素

queue<int> q;
q.push(1);
q.push(2);
q.push(3);
q.push(4);cout << q.back() << endl;

在这里插入图片描述

求队列元素的个数

queue<int> q;
q.push(1);
q.push(2);
q.push(3);
q.push(4);cout << q.size() << endl;

在这里插入图片描述

5.stack的模拟实现

通过以上的知识，我们已经懂得了栈和队列的使用了，那么接下来，我们需要模拟栈和队列的实现了。

首先，我们需要定义一个命名空间，防止和库里面的冲突

namespace ljy
{}

再声明模板(不懂得可以看模板那一篇博客)

//T表示stack里面数据的类型，Container表示底层的容器
template<class T,class Container>

再定义类模板和声明底层容器的对象

template<class T,class Container>//T表示stack里面数据的类型，Container表示底层的容器
class stack
{
private:Container _con;//声明底层容器的对象
};

实现插入接口

public:void push(const T& x){_con.push_back(x);//调用底层容器的插入数据的接口}

实现删除栈顶数据的接口

void pop()
{_con.pop_back();//调用底层容器的删掉数据的接口
}

实现求栈的大小

size_t size()
{return _con.size();//调用底层容器的求数据个数的接口
}

实现栈判空

bool empty()
{return _con.empty();//调用底层容器的判断是否为空的接口
}

实现取栈顶的数据

T& top()
{return _con.back();//栈是后进先出
}

测试代码1

void test_stack1(){//定义一个栈，底层容器是数组stack<int, vector<int>> st1;st1.push(1);st1.push(2);st1.push(3);while (!st1.empty()){int top = st1.top();cout << top << " ";st1.pop();}cout << endl;}

执行代码看看有没有问题

#include "stack.h"
int main()
{ljy::test_stack1();return 0;
}

在这里插入图片描述

测试代码2

void test_stack2()
{//定义一个栈，底层容器是数组//stack<int, vector<int>> st1;//定义一个栈，底层容器是链表stack<int, list<int>> st1;st1.push(1);st1.push(2);st1.push(3);while (!st1.empty()){int top = st1.top();cout << top << " ";st1.pop();}cout << endl;
}

#include "stack.h"
int main()
{ljy::test_stack2();return 0;
}

在这里插入图片描述

结论:无论是数组还是链表都可以作为底层容器来模拟实现栈，所以可以推导出栈就是一个容器适配器!!!

6.queue模拟实现

queue的模拟实现和stack的模拟实现非常相似，只是队尾入，队头出而已。

#pragma once
#include <iostream>
#include <list>
#include <vector>
using namespace std;namespace ljy
{template<class T, class Container>//T表示queue里面数据的类型，Container表示底层的容器class queue{public:void push(const T& x)//队尾入{_con.push_back(x);//调用底层容器的插入数据的接口}void pop()//队头出{_con.pop_front();//调用底层容器的删掉数据的接口}size_t size(){return _con.size();//调用底层容器的求数据个数的接口}bool empty(){return _con.empty();//调用底层容器的判断是否为空的接口}T& front()//取队头数据{return _con.front();//队列是先进先出}T& back()//取队尾数据{return _con.back();//队列是先进先出}private:Container _con;};
}

测试代码

void test_queue()
{queue<int, vector<int>> q;q.push(1);q.push(2);q.push(3);q.push(4);while (!q.empty()){cout << q.front() << " ";q.pop();}cout << endl;
}

看一下运行结果有没有问题
在这里插入图片描述
直接报错了，我们看看报错内容，是头删出问题了，我们知道vector是不支持头删了，因为vector头删需要挪动数据，效率太低了，由于我们实现queue底层是使用vector容器，所有就直接报错了，我们把vector换成list看还有没有问题。

#pragma once
#include <iostream>
#include <list>
#include <vector>
using namespace std;namespace ljy
{template<class T, class Container>//T表示queue里面数据的类型，Container表示底层的容器class queue{public:void push(const T& x)//队尾入{_con.push_back(x);//调用底层容器的插入数据的接口}void pop()//队头出{_con.pop_front();//调用底层容器的删掉数据的接口}size_t size(){return _con.size();//调用底层容器的求数据个数的接口}bool empty(){return _con.empty();//调用底层容器的判断是否为空的接口}T& front()//取队头数据{return _con.front();//队列是先进先出}T& back()//取队尾数据{return _con.back();//队列是先进先出}private:Container _con;};void test_queue(){queue<int, list<int>> q;q.push(1);q.push(2);q.push(3);q.push(4);while (!q.empty()){cout << q.front() << " ";q.pop();}cout << endl;}
}

在这里插入图片描述
换成list就没问题了

7.deque容器

老规矩，我们先来看看有关deque容器的文档。
在这里插入图片描述
deque叫双端队列，但它不是队列，而是一种双开口，连续的空间的数据结构，那什么是双开口呢？双开口就是可以在头和在尾插入和删除数据，那么deque相比于vector效率就高很多了，deque相比于list空间的利用率较高。
在这里插入图片描述

deque的缺点

我们知道C++是一门极度注重效率的语言，deque虽然结合了list和vector的优点，但是deque并没有完全继承二者的优点，相比于二者各自的优点还是差点意思，所以deque代替不了vector和list
我们可以看看deque的随机访问和vector随机访问相差的时间
在这里插入图片描述