详解LeetCode 232.栈和队列、225.队列和栈 | 代码随想录day10_c标准库中有栈和队列的实现吗-优快云博客

本文介绍了C++标准库STL中的栈和队列基础，探讨了它们的底层实现以及如何用栈实现队列和用队列实现栈的过程。作者通过实例代码展示了这两种数据结构的使用方法。

一.栈和队列基础知识

1.栈和队列是 C++ 标准库 STL 中的两个数据结构

STL 可分为：

1）HP STL，是最早实现的STL，开源代码

2）P.J.Plauger STL ,参照 HP STL，使用在 VS 中，不开源

3）SGI STL，参照 HP，使用在 Linux gcc编译器中，开源

我们这里所说的栈和队列所处的 STL 就是 SGI STL。

2.栈的底层实现

栈的特点是先进后出。

所以栈中所有元素都必须符合这个特点，故而栈不提供走访功能（即遍历）和迭代器。

栈是以底层容器完成其所有的工作，对外提供统一的接口，底层容器是可插拔的（也就是说我们可以控制使用哪种容器来实现栈的功能）。

所以STL中栈往往不被归类为容器，而被归类为container adapter（容器适配器）。

栈的底层实现可以是vector，deque，list 都是可以的，主要就是数组和链表的底层实现。

我们常用的SGI STL，如果没有指定底层实现的话，默认是以deque为缺省情况下栈的底层结构。

deque是一个双向队列，只要封住一段，只开通另一端就可以实现栈的逻辑了。

3.队列的底层实现

队列的特点是先进先出。

所以队列中的所有元素也必须满足这个要求，故而队列也不提供走访功能和迭代器。

队列的底层实现和栈一样，如果没有特殊指定的话，默认是以deque为缺省情况下队列的底层结构

STL 队列也不被归类为容器，而被归类为container adapter（容器适配器）。

二.用栈实现队列

1.题目描述

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使用栈实现队列的下列操作：

push(x) -- 将一个元素放入队列的尾部。
pop() -- 从队列首部移除元素。
peek() -- 返回队列首部的元素。
empty() -- 返回队列是否为空。

2.思路分析

我们都知道，栈的特点是先进后出，队列的特点是先进先出。所以要想用一个栈来实现队列的先进先出是不可能的。所以这里采用两个栈来实现。

一个栈（in栈）来模拟进栈，将所有元素压入这个栈中。

另一个栈（out栈）来模拟出栈，所有元素从这个栈出去才算是出栈。这里要注意的是，要及时将in栈中的元素压入out栈中，由于每次只能压入一个元素即in栈的栈顶元素，故第二次将元素压入out栈中，该元素的顺序与队列中的顺序是完全一致的。在out栈中，当该栈为空时，就要将in栈中的元素压入，然后要及时将in栈中已经压入的元素弹出，防止元素重复压入。

附代码：

class MyQueue {
public:

    stack<int> stIn;
    stack<int> stOut;
    MyQueue() {
    }
    
    void push(int x) {
        stIn.push(x);
    }
    
    int pop() {
        //当 out 栈为空时，将in栈中的元素压入out中
        if(stOut.empty()) {
            //1.当in栈中的元素不为空时，将所有元素依次压入out栈中
            while(!stIn.empty()) {
                stOut.push(stIn.top());   //注意一次只能压入一个元素，就是in栈中的栈顶元素
                //2.将in栈中的元素压入out栈后，要及时将in栈中的该元素弹出
                stIn.pop();
            }
        }

        //3.弹出操作。首先记录要弹出的元素
        int ret = stOut.top();
        //4.弹出
        stOut.pop();
        return ret;

    }
    
    int peek() {
        //这个函数的作用是获取队列开头元素，其实和上面的pop函数思想差不多，这里直接复用
        int ret = this->pop();
        //只是获取该值，但是上面代码就直接将该值弹出了，所以要重新将该元素压回
        stOut.push(ret);
        return ret;


    }
    
    bool empty() {
        return stOut.empty() && stIn.empty();
    }
};

/**
 * Your MyQueue object will be instantiated and called as such:
 * MyQueue* obj = new MyQueue();
 * obj->push(x);
 * int param_2 = obj->pop();
 * int param_3 = obj->peek();
 * bool param_4 = obj->empty();
 */

三.用队列实现栈

1.问题描述

力扣题目链接(opens new window)

使用队列实现栈的下列操作：

push(x) -- 元素 x 入栈
pop() -- 移除栈顶元素
top() -- 获取栈顶元素
empty() -- 返回栈是否为空

注意:

你只能使用队列的基本操作-- 也就是 push to back, peek/pop from front, size, 和 is empty 这些操作是合法的。
你所使用的语言也许不支持队列。你可以使用 list 或者 deque（双端队列）来模拟一个队列 , 只要是标准的队列操作即可。
你可以假设所有操作都是有效的（例如, 对一个空的栈不会调用 pop 或者 top 操作）。

2.思路分析

上一题中是要用两个栈才能实现队列的功能，本题也可以同样使用两个队列来实现栈的功能，但是，没必要。因为一个队列就能实现了。

压入元素自然是没什么不同，不同的就是用队列来模拟出栈。

队列的特点是先进先出，而栈的特点是先进后出。要想用一个队列实现出栈的特点，因为出栈时先出的是最后入栈的，出队列时是先出最先队列的，所以要想使刚入队列的元素先出，就必须把他前面的元素先弹出队列，但又不能使这些元素就此消失（因为后面还会要求他们正式弹出），所以就让他们重新入队列，这样弹出的第一个元素就是最后入队列的元素了。

附代码：

class MyStack {
public:

    queue <int> que;  //初始化队列
    
    MyStack() {

    }
    
    void push(int x) {
        que.push(x);  //压入元素操作一样
    }
    
    int pop() {
        int size = que.size();  //先求出队列中一共有多少个元素，方便后面计算到底要弹出多少个元素
        size--;     //要先弹出元素的个数，保证队列中只剩一个要正式弹出的元素
        while(size--) {    //一直把前面的元素弹完
            que.push(que.front());  //先依次把对头元素重新压回队列中，使之按顺序排在元素后面
            que.pop();    //再把对头元素弹出，因为此时这些对头元素就是多余的
        }
        int ret = que.front();   //把前面的元素全部弹出后，对头元素就是要弹出的元素，要先记录再进行弹出操作
        que.pop();
        return ret;
    }
    
    int top() {
        int ret = que.back();  //队列的尾元素就是栈的头元素
        return ret;
    }
    
    bool empty() {
        if(que.size())
            return false;
        else return true;
    }
};

/**
 * Your MyStack object will be instantiated and called as such:
 * MyStack* obj = new MyStack();
 * obj->push(x);
 * int param_2 = obj->pop();
 * int param_3 = obj->top();
 * bool param_4 = obj->empty();
 */