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C++之stack等容器适配器（上）实战篇

news 2025/10/3 5:28:23

前言：在C++17标准下，栈(stack)和队列(queue)作为STL容器适配器，通过封装底层序列容器(默认deque)实现了严格的数据结构约束：栈遵循LIFO原则仅开放push/pop/top操作，队列遵循FIFO原则限定front/back访问。其实现核心在于模板参数推导机制(CTAD)和适配器模式，通过限制底层容器的接口来保证数据结构纯度，同时支持用户选择list等替代实现以优化特定场景性能，如高频插入删除时采用list可避免deque的内存块重组开销，这种设计使STL既保持了抽象统一性又提供了底层调优的灵活性。

一、栈：Stack

top

push/pop/empty

size

二、队列：Queue

front

back

push/pop

三、优先级队列：priority_queue

top

push/pop

一、栈：Stack

栈的结构我们在数据结构初阶就已经有过初步的了解了，这里我们主要来了解stl下的stack的使用以及文档。

C++ 标准模板库（STL）中关于 stack容器适配器相关知识，主要可以分为以下三个部分：

成员函数：stack自身定义的操作接口。
如：构造、判空、获取大小、访问 / 操作栈顶等，是直接操作栈的基础。

非成员函数重载：为stack适配的外部函数重载，拓展交互场景。
如：比较、IO 等运算符

非成员类特化：针对stack特性，对通用模板类做特化，适配泛型体系。
如：哈希、仿函数适配等

具体如下图：

在C++STL容器中，为我们提供了 Stack 的接口函数，与 list、Vector、string类似，直接实例化使用即可，下面我们来学习 Stack 的常用接口：

top

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include <iostream>      
#include <stack>          int main()
{std::stack<int> mystack;mystack.push(10);mystack.push(20);mystack.top() -= 5;std::cout << "现在栈顶的元素是：" << mystack.top() << '\n';return 0;

push/pop/empty

// stack::push/pop
#include <iostream>     
#include <stack>      int main()
{std::stack<int> mystack;for (int i = 0; i < 5; ++i){mystack.push(i);}std::cout << "从栈中弹出元素..." << std::endl;while (!mystack.empty()){std::cout << mystack.top() << ' ';mystack.pop();}std::cout << '\n';return 0;
}

size

// stack::size
#include <iostream>      
#include <stack>          int main()
{std::stack<int> myints;std::cout << "初始状态下的size: " << myints.size() << '\n';for (int i = 0; i < 5; i++){myints.push(i);}std::cout << "入栈元素后的size: " << myints.size() << '\n';myints.pop();std::cout << "出栈元素后的size: " << myints.size() << '\n';return 0;
}

二、队列：Queue

cplusplus网站上关于容器适配器queue的介绍：queue - C++ 参考

C++ 标准模板库（STL）中关于 queue容器适配器相关知识，主要可以分为以下三个部分：

成员函数：queue自身定义的操作接口。
如：构造、判空、访问及操作队头 / 队尾元素等基础函数。

非成员函数重载：为queue适配的外部函数，拓展交互场景。
如：比较、IO 运算符等

非成员类特化：针对queue特性，对通用模板类做特化，适配泛型体系。
如：哈希、仿函数适配等

front

// queue::front
#include <iostream>     
#include <queue>          int main()
{std::queue<int> myqueue;myqueue.push(77);myqueue.push(16);myqueue.front() -= myqueue.back();    // 77-16=61std::cout << "现在的队头元素是：" << myqueue.front() << '\n';return 0;
}

back

// queue::back
#include <iostream>       
#include <queue>          int main()
{std::queue<int> myqueue;myqueue.push(12);myqueue.push(75);  myqueue.back() -= myqueue.front();std::cout << "现在的队尾元素是：" << myqueue.back() << '\n';return 0;
}

push/pop

// queue::push/pop
#include <iostream>       
#include <queue>         int main()
{std::queue<int> myqueue;int myint;std::cout << "请输入一些整数（输入 0 以结束）：\n";do {std::cin >> myint;myqueue.push(myint);} while (myint);std::cout << "myqueue队列中的内容是： ";while (!myqueue.empty()){std::cout << ' ' << myqueue.front();myqueue.pop();}std::cout << '\n';return 0;
}

size和empty同上

三、优先级队列：priority_queue

1.优先队列是一种容器适配器，根据严格的弱排序标准，它的第一个元素总是它所包含的元素中最大的。

2. 此上下文类似于堆，在堆中可以随时插入元素，并且只能检索最大堆元素(优先队列中位于顶部的元素)。

3. 优先队列被实现为容器适配器，容器适配器即将特定容器类封装作为其底层容器类，queue提供一组特定的成员函数来访问其元素。元素从特定容器的“尾部”弹出，其称为优先队列的顶部。

4. 底层容器可以是任何标准容器类模板，也可以是其他特定设计的容器类。容器应该可以通过随机访问迭代器访问，并支持以下操作：

empty()：检测容器是否为空

size()：返回容器中有效元素个数

front()：返回容器中第一个元素的引用

push_back()：在容器尾部插入元素

C++ 标准模板库中关于 priority_queue容器适配器相关知识，主要可以分为以下三个部分：

成员函数：构造 / 查询 / 元素操作（top/push/pop等）

非成员函数重载：适配关系运算、输入输出等外部交互

非成员类特化：定制比较器（大 / 小顶堆）、选择底层容器（默认vector）

top

// priority_queue::top
#include <iostream>       
#include <queue>       //std::priority_queue 注意：“优先队列”存在于“头文件queue”中int main()
{std::priority_queue<int> mypq;mypq.push(10);mypq.push(20);mypq.push(15);std::cout << "现在优先队列中的队头的元素是：" << mypq.top() << '\n';return 0;
}

push/pop

// priority_queue::push/pop
#include <iostream>       
#include <queue>          int main()
{std::priority_queue<int> mypq;mypq.push(30);mypq.push(100);mypq.push(25);mypq.push(40);std::cout << "从优先队列中出队元素..." << std::endl;while (!mypq.empty()){std::cout << mypq.top() << " ";mypq.pop();}std::cout << '\n';return 0;
}