栈和队列（C++）

一笑而过pie

已于 2024-11-14 18:19:52 修改

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文章标签： c++ 开发语言

于 2024-11-14 17:31:14 首次发布

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一、栈（Stack）是另一种非常常见的线性数据结构，它遵循 后进先出（LIFO, Last In First Out） 的原则。即最后进入栈的元素会最先被移除。栈的操作包括：入栈（push）、出栈（pop）、查看栈顶元素（top）等。

栈的基本操作：

Push：将一个元素压入栈顶。
Pop：将栈顶的元素移除。
Top：查看栈顶的元素，但不移除。
Empty：检查栈是否为空。
Size：获取栈中元素的数量。

标准栈的实现：

在 C++ 中，可以使用 std::stack 来实现栈。std::stack 是一个基于容器适配器（container adapter）实现的栈，它默认使用 std::deque 作为底层容器，也可以使用 std::vector 或 std::list

#include <iostream>
#include <stack>
using namespace std;

int main() {
    // 创建一个栈，存储整数
    stack<int> s;

    // 入栈操作
    s.push(10);  // 将10压入栈中
    s.push(20);  // 将20压入栈中
    s.push(30);  // 将30压入栈中

    // 查看栈的大小
    cout << "Size of stack: " << s.size() << endl;

    // 查看栈顶元素
    cout << "Top element: " << s.top() << endl;

    // 出栈操作
    cout << "Popping element: " << s.top() << endl; // 先查看栈顶元素
    s.pop();  // 弹出栈顶元素

    // 查看栈顶元素（出栈后的新栈顶）
    cout << "New Top element: " << s.top() << endl;

    // 检查栈是否为空
    if (s.empty()) {
        cout << "Stack is empty." << endl;
    } else {
        cout << "Stack is not empty." << endl;
    }

    // 出栈剩余的元素
    s.pop();  // 弹出20
    s.pop();  // 弹出10

    cout << "Stack size after popping all elements: " << s.size() << endl;

    return 0;
}

代码输出

Size of stack: 3
Top element: 30
Popping element: 30
New Top element: 20
Stack is not empty.
Stack size after popping all elements: 0

栈的应用场景：

函数调用栈： 在程序的执行过程中，计算机使用栈来管理函数调用。在函数执行时，函数的参数、局部变量和返回地址会被压入栈中，函数执行完毕后，栈会弹出相应的元素。
逆序处理： 栈可以用来逆序数据，例如字符串反转，表达式求值等。
括号匹配： 在编译器中，栈可以用来检查括号是否匹配，例如括号成对出现的问题（如 ()，[]，{} 等）。
深度优先搜索（DFS）： 栈是深度优先搜索（DFS）算法的基础，可以用来实现图的遍历。

栈的优势：

后进先出（LIFO）原则：栈可以方便地模拟这种模式，适用于一些需要按顺序处理数据的场景。
高效的操作：栈的入栈和出栈操作时间复杂度都是 O(1)，这意味着操作非常高效。
动态大小：栈的大小可以动态增长，不需要预先指定大小。

总结：

栈（Stack） 是一种后进先出（LIFO）的数据结构，适用于需要按相反顺序处理数据的场景。
C++ 提供了 std::stack 来实现栈，它基于容器适配器提供了栈的基本操作。
通过上述示例代码，我们展示了如何使用栈来执行基本的入栈、出栈、查看栈顶元素等操作。

二、队列（Queue）是一个非常常见的数据结构，它遵循 先进先出（FIFO, First In First Out） 的原则，意味着最先进入队列的元素会最先被移除。与栈（Stack）不同，栈遵循后进先出（LIFO）的原则。

队列的基本操作：

Enqueue（入队）：将一个元素添加到队列的末尾。
Dequeue（出队）：将队列头部的元素移除并返回。
Front：查看队列头部的元素（不移除）。
Back：查看队列末尾的元素（不移除）。
Empty：检查队列是否为空。
Size：获取队列中元素的数量。

标准队列的实现：

在 C++ 中，可以使用 std::queue 来实现队列。std::queue 是一个基于容器适配器（container adapter）实现的队列，它默认使用 std::deque（双端队列）作为底层容器，也可以使用 std::list。

示例代码：

#include <iostream>
#include <queue>
using namespace std;

int main() {
    // 创建一个队列，存储整数
    queue<int> q;

    // 入队操作
    q.push(10);  // 入队 10
    q.push(20);  // 入队 20
    q.push(30);  // 入队 30

    // 查看队列的大小
    cout << "Size of queue: " << q.size() << endl;

    // 查看队列的头部元素
    cout << "Front element: " << q.front() << endl;

    // 查看队列的尾部元素
    cout << "Back element: " << q.back() << endl;

    // 出队操作
    cout << "Dequeuing element: " << q.front() << endl; // 先查看头部元素
    q.pop();  // 出队，移除头部元素

    // 查看队列的头部元素（出队后的新头部）
    cout << "New Front element: " << q.front() << endl;

    // 检查队列是否为空
    if (q.empty()) {
        cout << "Queue is empty." << endl;
    } else {
        cout << "Queue is not empty." << endl;
    }

    // 出队剩余的元素
    q.pop();  // 出队 20
    q.pop();  // 出队 30

    cout << "Queue size after popping all elements: " << q.size() << endl;

    return 0;
}

输出结果

Size of queue: 3
Front element: 10
Back element: 30
Dequeuing element: 10
New Front element: 20
Queue is not empty.
Queue size after popping all elements: 0