C++初阶：STL详解（八）——stack和queue的介绍和使用

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所属专栏：C++：由浅入深篇

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前言：

今天我们来学习stack和queue，虽然stack和queue中也可以存放元素，但在STL中并没有将其划分到容器的行列，而是将其称为容器适配器。我们来深入了解一下stack和queue吧。

一.容器适配器

1.1什么是适配器

适配器是一种设计模式 ( 设计模式是一套被反复使用的、多数人知晓的、经过分类编目的、代码设

计经验的总结 ) ， 该种模式是将一个类的接口转换成客户希望的另外一个接口。

1.2STL标准库中stack和queue的底层结构

虽然 stack 和 queue 中也可以存放元素，但在 STL 中并没有将其划分在容器的行列，而是将其称为

容器适配器 ，这是因为 stack 和queue只是对其他容器的接口进行了包装， STL 中 stack 和 queue 默认

使用 deque ，比如：

1.3deque的简单介绍（了解即可）

1.3.1deque的原理介绍

deque( 双端队列 ) ：是一种双开口的 " 连续 " 空间的数据结构 ，双开口的含义是：可以在头尾两端

进行插入和删除操作，且时间复杂度为 O(1) ，与 vector 比较，头插效率高，不需要搬移元素；与

list 比较，空间利用率比较高。

deque 并不是真正连续的空间，而是由一段段连续的小空间拼接而成的，实际 deque 类似于一个

动态的二维数组 ，其底层结构如下图所示：

双端队列底层是一段假象的连续空间，实际是分段连续的，为了维护其 “ 整体连续 ” 以及随机访问

的假象，落在了 deque 的迭代器身上， 因此 deque 的迭代器设计就比较复杂，如下图所示：

那 deque 是如何借助其迭代器维护其假想连续的结构呢？

1.3.2deque的缺陷

与 vector 比较， deque 的优势是：头部插入和删除时， 不需要搬移元素，效率特别高 ，而且在扩

容时，也不需要搬移大量的元素 ，因此其效率是必 vector 高的。

与 list 比较，其底层是连续空间， 空间利用率比较高 ，不需要存储额外字段。

但是， deque 有一个致命缺陷：不适合遍历，因为在遍历时， deque 的迭代器要频繁的去检测其

是否移动到某段小空间的边界，导致效率低下 ，而序列式场景中，可能需要经常遍历，因此在实

际中，需要线性结构时，大多数情况下优先考虑 vector 和 list ， deque 的应用并不多，而 目前能看

到的一个应用就是， STL 用其作为 stack 和 queue 的底层数据结构 。

1.3.3为什么选择deque作为stack和queue的底层默认容器

stack 是一种后进先出的特殊线性数据结构，因此只要具有 push_back() 和 pop_back() 操作的线性

结构，都可以作为 stack 的底层容器，比如 vector 和 list 都可以； queue 是先进先出的特殊线性数据

结构，只要具有 push_back 和 pop_front 操作的线性结构，都可以作为 queue 的底层容器，比如

list 。但是 STL 中对 stack 和 queue 默认选择 deque 作为其底层容器，主要是因为：

1. stack 和 queue 不需要遍历 ( 因此 stack 和 queue 没有迭代器 ) ，只需要在固定的一端或者两端进

行操作。

2. 在 stack 中元素增长时， deque 比 vector 的效率高 ( 扩容时不需要搬移大量数据 ) ； queue 中的

元素增长时，deque不仅效率高，而且内存使用率高。

结合了deque的优点，而完美的避开了其缺陷。

总结：把deque理解成是vector和list的缝合机即可。

二.stack的介绍和使用

stack是一种容器适配器，它基于其他标准容器实现特定的数据结构行为。

特点：

1.后进先出（Last In First Out, LIFO）的数据结构。

2.只能在栈顶进行插入和删除操作。

栈的定义：

1.使用默认的适配器定义栈
//使用默认的适配器定义栈
stack<int> s1;
2.使用特定的适配器定义栈
//使用特定的适配器定义栈
stack<int, vector<int>> s2;

stack<int, list<int>> s3;

常用操作：

函数说明	接口说明
stack()	构造空的栈
empty()	检测stack是否为空
size()	返回stack中元素的个数
top()	返回栈顶元素的引用
push()	将元素val压入stack中
pop()	将stack中尾部的元素弹出

void stack01()
{
	stack<int, vector<int>> s1;

	s1.push(1);
	s1.push(2);
	s1.push(3);
	s1.push(4);//入栈

	cout << s1.size() << endl;//4

	//获取栈顶元素
	cout << s1.top() << endl;//4

	s1.pop();//删除栈顶数据

	while (!s1.empty())
	{
		cout << s1.top()<<" ";// 3 2 1
		s1.pop();
	}
	cout << endl;
	stack<int,vector<int>> s2;
	s2.push(1);
	s2.push(2);
	s2.swap(s1);//交换

	cout << s1.size() << endl;//2
	cout << s2.size() << endl;//0

}

三.queue的介绍和使用

queue是一种容器适配器，它基于其他标准容器实现特定的数据结构行为。

特点：

先进先出（First In First Out）的数据结构

只能在队尾进行插入操作，在队首进行删除操作

queue的定义：

1.使用默认的适配器定义队列
//使用默认的适配器定义队列
queue<int> q1;
2.使用特定的适配器定义队列
//使用特定的适配器定义队列
queue<int, list<int>> q2;

queue<int, vector<int>>q3;

常用操作：

函数声明	接口说明
queue()	构造空的队列
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

void queue01()
{
	queue<int, list<int>>q1;
	q1.push(1);
	q1.push(2);
	q1.push(3);
	q1.push(4);//入队列

	cout << q1.size() << endl;//4
	
	//获取队头元素
	cout << q1.front() << endl;//1;

    //获取队尾数据
    cout << q1.back() << endl;//4

	q1.pop();//删除队头数据

	while (!q1.empty())
	{
		cout << q1.front() << " ";//2 3 4
		q1.pop();
	}
	cout << endl;

	queue<int, list<int>> q2;
	q2.push(1);
	q2.push(2);
	q2.swap(q1);//交换

	cout << q1.size() << endl;//2
	cout << q2.size() << endl;//0

}