C++栈、堆、队列

使用标准库的栈和队列时,先包含相关的头文件

#include<stack>
#include<queue>

定义栈如下:
stack stk;
定义队列如下:
queue q;
栈提供了如下的操作

s.empty()              // 如果栈为空返回true,否则返回false
s.size()               // 返回栈中元素的个数
s.pop()                 //删除栈顶元素但不返回其值
s.top()                 //返回栈顶的元素,但不删除该元素
s.push()               // 在栈顶压入新元素

队列提供了下面的操作

q.empty()               //如果队列为空返回true,否则返回false
q.size()               // 返回队列中元素的个数
q.pop()                // 删除队列首元素但不返回其值
q.front()               //返回队首元素的值,但不删除该元素
q.push()                //在队尾压入新元素
q.back()                //返回队列尾元素的值,但不删除该元素

问题:请讲诉heap和stack的差别。
解析:在进行C/C++编程时,需要程序员对内存的了解比较精准。经常需要操作的内存可分为以下几个类别:

  1. 栈区(stack):由编译器自动分配和释放,存放函数的参数值、局部变量的值等。其操作方式类似于数据结构中的栈。

  2. 堆区(heap):一般由程序员分配和释放,若程序员不释放,程序结束时可能由操作系统回收。注意它与数据结构中的堆是两回事,分配方式倒是类似于链表

  3. 全局区(静态区)(static):全局变量和静态变量的存储是放在一块的,初始化的全局变量和静态变量在一块区域,未初始化的全局变量和静态变量在相邻的另一块区域。程序结束后由系统释放。

  4. 文字常量区:常量字符串就是放在这里的,程序结束后由系统释放。

  5. 程序代码区:存放函数体的二进制代码。

答案:

(1)stack的空间由操作系统自动分配/释放,heap上的空间手动分配/释放。

(2)stack空间有限,heap是很大的自由存储区。

(3)C中的malloc函数分配内存空间即在堆上,C++中对应的是new操作符。

(4)程序在编译期对变量和函数分配内存都在栈上进行,且程序运行过程中函数调用时参数的传递也在栈上进行。

<think>好的,用户想了解C++队列的实现及用法,需要教程。首先,我需要整理C++标准库中stack和queue的基本用法,包括常用成员函数。然后,可能需要给出一些示例代码,比如如何声明、压入元素、弹出元素等。同时,用户可能对底层实现感兴趣,所以需要解释队列的数据结构,比如用数组或链表实现。参考已有的引用资料,比如引用[2]和[4],里面提到了用数组实现队列实现队列的方法,可能需要提到这些内容,但要注意C++的实现方式不同。另外,用户提到的是C++,所以需要确保示例代码使用C++语法,比如使用std::stack和std::queue,而不是C或其他语言。还要注意用户是否可能需要了解队列的应用场景,比如迷宫问题(引用[3]),可以简要提及。最后,生成相关问题,确保问题相关且有深度,比如性能比较、应用实例或底层实现细节。需要检查LaTeX格式是否正确,行内公式用$,独立公式用$$,并正确引用来源。可能还需要指出是LIFO,队列是FIFO,强调它们的基本操作和复杂度。需要确保回答结构清晰,分点说明实现和用法,避免信息过载,同时覆盖基本知识点。</think>### C++队列的实现及使用教程 #### 一、(Stack)的实现与用法 是一种**后进先出(LIFO)**的数据结构,C++标准库通过`<stack>`头文件提供`std::stack`容器适配器。 **1. 基本操作** ```cpp #include <stack> std::stack<int> s; // 压 s.push(10); s.push(20); // 内元素:20 -> 10 // 访问顶 int top = s.top(); // 20 // 出 s.pop(); // 移除20 // 判空 bool isEmpty = s.empty(); // false ``` **2. 底层容器选择** `std::stack`默认基于`deque`实现,但可指定其他容器: ```cpp std::stack<int, std::vector<int>> s_vec; // 基于vector实现 ``` #### 二、队列(Queue)的实现与用法 队列是**先进先出(FIFO)**结构,C++通过`<queue>`头文件提供`std::queue`。 **1. 基本操作** ```cpp #include <queue> std::queue<int> q; // 入队 q.push(10); q.push(20); // 队列元素:10 -> 20 // 访问队首和队尾 int front = q.front(); // 10 int back = q.back(); // 20 // 出队 q.pop(); // 移除10 // 判空 bool isEmpty = q.empty(); // false ``` **2. 循环队列与优先队列** - **循环队列**:可通过数组索引取模实现(类似引用[2]的C语言实现)。 - **优先队列**:使用`std::priority_queue`: ```cpp std::priority_queue<int> pq; // 默认大顶 pq.push(3); pq.push(1); pq.top(); // 3(最大值优先) ``` #### 三、队列的应用场景 1. ****:函数调用、括号匹配、表达式求值(如逆波兰表达式)[^3]。 2. **队列**:任务调度、BFS算法(如迷宫问题[^3])、消息队列。 #### 四、性能分析 - **时间复杂度**: - /队列的`push`、`pop`、`top`/`front`操作均为$O(1)$。 - 优先队列的插入操作为$O(\log n)$(基于实现)。 - **空间复杂度**:均与元素数量成线性关系。 #### 五、实现原理(以为例) 若需手动实现,可用数组或链表: ```cpp // 数组实现(动态扩容) template<typename T> class MyStack { private: T* data; int capacity; int topIndex; public: MyStack() : capacity(4), topIndex(-1) { data = new T[capacity]; } void push(T val) { if (topIndex == capacity-1) resize(2*capacity); data[++topIndex] = val; } // 其他操作类似标准库实现 }; ``` ---
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