C++中的常见数据结构 --- 队列、栈、列表

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队列、栈、列表

前言
一、队列（Queue）
二、栈（Stack）
三、列表（List）
总结

前言

队列、栈、列表是其中三个最为基础和常用的数据结构，它们在编程的世界中被广泛应用，为算法和数据处理提供了不可或缺的支持。今天来简单的介绍一下!以及他们在C++中的简单用法!

一、队列（Queue）

队列是一种常见的数据结构，它按照先进先出（FIFO）的原则管理元素。队列通常用于在程序中保存和处理一系列任务或数据。

入队（enqueue）：将元素添加到队列的末尾。
出队（dequeue）：从队列的前端移除元素。

队列的特点是新元素总是在队列的尾部添加，而移除元素总是从队列的头部进行。队列是一个有序的集合，先进入队列的元素会先被处理。

队列常常用于解决需要按顺序处理的问题，例如任务调度、广度优先搜索等。

C++标准库中 std::queue :

push: 将元素添加到队列的末尾
front: 访问队头元素
pop: 移除队头元素
empty: 检查队列是否为空

例子:

#include <iostream>
#include <queue>int main() {// 创建一个队列std::queue<int> myQueue;// 入队操作myQueue.push(1);  myQueue.push(2);// 出队操作while (!myQueue.empty()) {std::cout << myQueue.front() << " "; // 访问队头元素myQueue.pop(); // 出队}return 0;
}

二、栈（Stack）

栈是一种基本的数据结构，具有后进先出（LIFO）的特性。这意味着最后进入栈的元素将首先被移除。栈通常有两个主要操作：压入（Push）和弹出（Pop）。

压入（Push）：将元素添加到栈的顶部。
弹出（Pop）：从栈的顶部移除元素。

栈常常用于解决解密回文,函数调用,深度优先搜索（DFS）,回溯算法,括号匹配,递归算法的非递归实现,迷宫求解,编辑器的撤销操作等等。

函数调用：栈被用来存储函数调用的上下文信息，包括局部变量、返回地址等。函数调用时，局部变量等信息被压入栈，函数执行完成后再从栈中弹出
深度优先搜索（DFS）：在图的深度优先搜索算法中，栈可以用于追踪遍历路径。每次访问一个节点时，将其邻接节点压入栈，然后从栈中弹出下一个节点进行继续深度搜索
回溯算法：回溯算法通常使用栈来保存当前的状态，并在需要时回退到之前的状态，以搜索所有可能的解空间
括号匹配：栈可以用于检查表达式中的括号是否匹配，以及判断表达式的有效性
递归算法的非递归实现：栈可以用于模拟递归算法的工作方式，将递归调用转化为循环结构
迷宫求解：在迷宫求解问题中，栈可以用于保存当前路径，如果当前路径无法到达目标点，则回退到上一个路径
编辑器的撤销操作：栈可以用于实现编辑器中的撤销和重做操作，存储用户操作的历史记录

C++标准库中 std::stack:

push: 将元素压入栈顶
pop: 弹出栈顶元素
top()：访问栈顶元素，但不弹出
empty()：检查栈是否为空
size()：返回栈中元素的数量

#include <iostream>
#include <stack>int main() {std::stack<int> myStack;// 压入元素myStack.push(1);myStack.push(2);// 弹出元素while (!myStack.empty()) {std::cout << myStack.top() << " "; // 访问栈顶元素myStack.pop(); // 弹出栈顶元素}return 0;
}

三、列表（List）

列表是一种有序、可变的数据结构，用于存储一系列的元素。列表是一种非常灵活和常用的数据类型，它可以包含不同数据类型的元素，甚至可以包含其他列表。

C++标准库中 std::list:

push_back(): 在列表末尾插入元素
push_front(): 在列表开头插入元素
insert(): 在指定位置插入元素
remove(): 删除指定值的元素
pop_back(): 弹出并删除最后一个元素
front(): 访问第一个元素
back(): 访问最后一个元素
size(): 获取列表大小
clear(): 清空列表
empty(): 判断列表是否为空
for (auto it = myList.begin(); it != myList.end(); ++it): 使用迭代器遍历列表

#include <iostream>
#include <list>int main() {// 创建一个空列表std::list<int> myList;// 在列表末尾插入元素myList.push_back(1);myList.push_back(2);myList.push_back(3);// 在列表开头插入元素myList.push_front(0);std::cout << "List elements: ";// 使用迭代器遍历列表并打印元素for (auto it = myList.begin(); it != myList.end(); ++it) {std::cout << *it << " ";}// 在指定位置插入元素auto insertPos = std::next(myList.begin(), 2);myList.insert(insertPos, 99);  myList.remove(2);// 删除指定值的元素    myList.pop_front();// 弹出并删除第一个元素myList.pop_back();// 弹出并删除最后一个元素// 访问第一个元素和最后一个元素std::cout << "First element: " << myList.front() << std::endl;std::cout << "Last element: " << myList.back() << std::endl;std::cout << "List size: " << myList.size() << std::endl; // 获取列表大小myList.clear();// 清空列表if (myList.empty()) {// 判断列表是否为空std::cout << "List is empty." << std::endl;}return 0;
}