深入理解栈与队列：核心特性与实战应用

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目录

一. 先搞懂基础：Stack 与 Queue 的核心特性

二、栈（Stack）：受限的“单口管道”操作

2.1 核心特性：

2.2 stack核心接口使用

2.2.1 创建stack对象

2.2.2 常用接口

三、队列（Queue）：先进先出的公平性规则

3.1 核心特性：

3.2 核心接口使用

3.2.1 创建queue对象

3.2.2 常用接口

四、实战训练题

4.1 最小栈

4.2 栈的压入、弹出序列

4.3 逆波兰表达式求值

4.4 二叉树的层序遍历

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一. 先搞懂基础：Stack 与 Queue 的核心特性

在写代码前，首先要明确两者的 “数据访问规则”—— 这是它们区别于其他容器的关键：

容器	核心规则	访问特性
stack	后进先出（LIFO）	仅能访问“栈顶”元素
queue	先进先出（ FIFO）	仅能访问“队头”和“堆尾”元素

两者的共同特性是：不支持下标访问和迭代器

二、栈（Stack）：受限的“单口管道”操作

2.1 核心特性：

• 访问规则：只能从"栈顶"添加或删除元素(最后入栈的元素最先出栈)
• 适用场景：函数调用栈，表达式求值等。

参考文档：stack - C++ Reference

2.2 stack核心接口使用

2.2.1 创建stack对象

这里就很直接上代码演示~~

#include<iostream>
#include<stack>
#include<vector>
#include<list>
using namespace std;
void testStack1()
{//定义栈：默认存储int类型，底层依赖deque实现stack<int> st1;//可指定底层容器（如vector、list）stack<int, vector<int>> st2;stack<int, list<int>> st2;
}

stack 是一个容器适配器，我们可以根据需求选择最合适的底层容器。

• 选择 std::vector：可能获得更好的缓存局部性，但动态扩展时可能需要重新分配内存。

• 选择 std::deque（默认）：首尾插入删除效率都高，不需要大量的内存重新分配。

• 选择 std::list：在中间插入删除效率高（虽然栈用不到），但内存开销稍大。

2.2.2 常用接口

函数说明	接口说明
stack()	构造空的栈
push()	将元素val压入stack中
pop()	出栈操作
top()	返回栈顶元素的引用
empty()	检测stack是否为空
size()	返回stack中元素的个数

这些接口的使用很简单，我们快速演示一下：

• stack()

创建一个空的栈

void testStack1()
{//定义栈：默认存储int类型，底层依赖deque实现stack<int> st1;//可指定底层容器（如vector、list）stack<int, vector<int>> st2;stack<int, list<int>> st3;
}

• push()

将数据压入栈中

void testStack1()
{	stack<int> st1;//压栈st1.push(1);st1.push(2);st1.push(3);st1.push(4);st1.push(5);
}

• top()

取栈顶元素

void testStack1()
{	stack<int> st1;//压栈st1.push(1);st1.push(2);st1.push(3);st1.push(4);st1.push(5);//取栈顶元素int ret = st1.top();cout << ret << endl;
}

• pop()

出栈

void testStack1()
{	stack<int> st1;//压栈st1.push(1);st1.push(2);st1.push(3);st1.push(4);st1.push(5);//取栈顶元素int ret = st1.top();cout << ret << endl;//打印结果：5//出栈st1.pop();//取栈顶元素ret = st1.top();//打印结果：4cout << ret << endl;
}

• size()

求出栈中的有效数据个数

void testStack1()
{	stack<int> st1;//压栈st1.push(1);st1.push(2);st1.push(3);st1.push(4);st1.push(5);//求出有效数据个数size_t _size = st1.size();cout << _size << endl;
}

• empty()

判断栈是否为空，栈为空返回true，栈不为空返回false

void testStack1()
{	stack<int> st1;//压栈st1.push(1);st1.push(2);st1.push(3);st1.push(4);st1.push(5);//判断栈是否为空bool ret = st1.empty();cout << ret << endl;//输出结果为0，说明栈不为空
}

三、队列（Queue）：先进先出的公平性规则

3.1 核心特性：

• 访问规则：从"队尾"添加元素，从"队头"删除元素(最先入队的元素最先出队)
• 适用场景：任务调度（如打印队列）、消息队列、广度优先搜索（BFS）等

参考文档：queue - C++ Reference

3.2 核心接口使用

3.2.1 创建queue对象

void testQueue1()
{//定义队列:默认底层依赖deque实现queue<int> q;//可指定底层容器（如list，不能使用vector,std::vector 不支持 pop_front() 操作）queue<int, list<int>> q2;
}

3.2.2 常用接口

函数声明	接口说明
empty()	检测队列是否为空，是返回true，否则返回false
size()	返回队列中有效元素的个数
front()	返回队头元素的引用
back()	返回队尾元素的引用
push()	在队尾将元素val入队列
pop()	将队头元素出队列

• push()

从队尾入队列

void testQueue1()
{queue<int> q;//入队q.push(1);q.push(2);q.push(3);q.push(4);q.push(5);while (!q.empty()){cout << q.front() << " ";q.pop();}
}

• pop()

从队头出数据

void testQueue1()
{queue<int> q;//入队q.push(1);q.push(2);q.push(3);q.push(4);q.push(5);//出队q.pop();
}

• front()

返回队头元素的引用

void testQueue1()
{queue<int> q;//入队q.push(1);q.push(2);q.push(3);q.push(4);q.push(5);//返回队头元素的引用int _front = q.front();cout << _front << endl;
}

• back()

返回队尾元素的引用

void testQueue1()
{queue<int> q;//入队q.push(1);q.push(2);q.push(3);q.push(4);q.push(5);//返回队尾元素的引用int _back = q.back();cout << _back << endl;
}

• size()

求出有效数据个数

void testQueue1()
{queue<int> q;//入队q.push(1);q.push(2);q.push(3);q.push(4);q.push(5);//有效数据个数size_t _size = q.size();cout << _size << endl;
}

• empty()

判断队列是否为空

void testQueue1()
{queue<int> q;//入队q.push(1);q.push(2);q.push(3);q.push(4);q.push(5);//判断队列是否为空bool ret = q.empty();cout << ret << endl;
}

ok，stack和queue的使用就说到这里，接下来我们来做几个题

四、实战训练题

4.1 最小栈

• 题目链接：

155. 最小栈

• 题目描述：

• 解题思路：

• 代码演示：

class MinStack {
public://这里的构造不用写，默认生成的构造会去调用stack中的构造MinStack() {}void push(int val) {_str.push(val);if(_minstr.empty()||_str.top()<=_minstr.top()){_minstr.push(val);}}void pop() {if(_str.top()==_minstr.top()){_minstr.pop();}_str.pop();}int top() {return _str.top();}int getMin() {return _minstr.top();}private:stack<int> _str;stack<int> _minstr;
};

4.2 栈的压入、弹出序列

• 题目链接:

栈的压入、弹出序列_牛客题霸_牛客网

• 题目描述：

简单来说：就是判断出栈顺序是否和提供的出栈顺序是相同的，相同返回true，不相同返回false

• 解题思路：

• 代码演示：

class Solution {
public:/*** 代码中的类名、方法名、参数名已经指定，请勿修改，直接返回方法规定的值即可** * @param pushV int整型vector * @param popV int整型vector * @return bool布尔型*/bool IsPopOrder(vector<int>& pushV, vector<int>& popV) {size_t posh=0,posp=0;stack<int> st;while(posh < pushV.size()){st.push(pushV[posh]);while(!st.empty()&&st.top()==popV[posp]){st.pop();posp++;}//跳出循环，说明不相等了，继续入栈posh++;}return st.empty();}
};

4.3 逆波兰表达式求值

• 题目链接：

150. 逆波兰表达式求值 - 力扣（LeetCode）

• 题目描述：

• 解题思路：

• 代码演示：

class Solution {
public:int evalRPN(vector<string>& tokens) {stack<int> st;for(auto& e:tokens){if(e=="+"||e=="-"||e=="*"||e=="/"){//操作符,进行运算操作int right=st.top();st.pop();int left=st.top();st.pop();switch(e[0]){case '+':st.push(left+right);break;case '-':st.push(left-right);break;case '*':st.push(left*right);break;case '/':st.push(left/right);break; }}else{//操作数//stoi:将整型字符转成整型intst.push(stoi(e));}}return st.top();}
};

4.4 二叉树的层序遍历

• 题目链接：

102. 二叉树的层序遍历 - 力扣（LeetCode）

• 题目描述：

• 解题思路：

每次只出当前层的元素，出之前把它的左右孩子插入栈中，等到当前层的出完出去之后更新levelSize,此时刚好等于现在栈中的元素个数。

• 代码演示：

/*** Definition for a binary tree node.* struct TreeNode {*     int val;*     TreeNode *left;*     TreeNode *right;*     TreeNode() : val(0), left(nullptr), right(nullptr) {}*     TreeNode(int x) : val(x), left(nullptr), right(nullptr) {}*     TreeNode(int x, TreeNode *left, TreeNode *right) : val(x), left(left), right(right) {}* };*/
class Solution {
public:vector<vector<int>> levelOrder(TreeNode* root) {queue<TreeNode*> q;size_t levelSize;if(root){q.push(root);levelSize=1;}vector<vector<int>> vv;//一层一层的出while(!q.empty()){vector<int> v;//一层一层的出while(levelSize--){TreeNode* _front=q.front();v.push_back(_front->val);//让不为空的左右孩子入队列q.pop();if(_front->left){q.push(_front->left);}if(_front->right){q.push(_front->right);}}vv.push_back(v);levelSize=q.size();}return vv;}
};