C++面试：stl的栈和队列介绍

栈

栈（stack）的声明：

push()：将元素推入栈顶

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

emplace()：在栈顶构造一个元素

== 和 !=：用于比较两个栈是否相等或不相等

队列

队列（queue）的声明：

push()：将元素推入队列尾部

pop()：从队列头部弹出元素

front()：访问队列头部元素

back()：访问队列尾部元素

empty()：检查队列是否为空

总结

栈

栈（stack）的声明：

#include <stack>// 声明一个整数类型的栈
std::stack<int> myStack;// 在栈中压入元素
myStack.push(10);
myStack.push(20);// 弹出栈顶元素
myStack.pop();// 访问栈顶元素
int topElement = myStack.top();

push()：将元素推入栈顶

#include <stack>std::stack<int> myStack;myStack.push(10);
myStack.push(20);

pop()：弹出栈顶元素

myStack.pop();

top()：访问栈顶元素，但不弹出

int topElement = myStack.top();

empty()：检查栈是否为空

if (myStack.empty()) {// 栈为空
}

size()：返回栈中元素的数量

size_t stackSize = myStack.size();

emplace()：在栈顶构造一个元素

myStack.emplace(30);

== 和 !=：用于比较两个栈是否相等或不相等

std::stack<int> stackA;
std::stack<int> stackB;// ...if (stackA == stackB) {// 栈A和栈B相等
}if (stackA != stackB) {// 栈A和栈B不相等
}

妙用

逆波兰表达式计算： 使用栈来计算逆波兰表达式。运算符遇到时，弹出栈顶的操作数进行计算，并将结果重新压入栈。

// 逆波兰表达式：3 4 + 5 *
std::stack<int> st;
st.push(3);
st.push(4);
st.push(st.top() + 5);  // 3 + 4
st.pop();
int result = st.top() * 5;  // (3 + 4) * 5

括号匹配检查： 使用栈来检查表达式中的括号是否匹配。遍历表达式，遇到左括号压入栈，遇到右括号时检查栈顶是否是对应的左括号。

std::stack<char> st;
std::string expression = "((a + b) * (c - d))";
for (char c : expression) {if (c == '(') {st.push(c);} else if (c == ')') {if (st.empty() || st.top() != '(') {// 括号不匹配break;}st.pop();}
}
bool isBalanced = st.empty();

函数调用堆栈： 编程语言中的函数调用使用堆栈来保存局部变量和返回地址。当函数调用时，创建一个新的栈帧，函数执行完毕后，将栈帧弹出。

void func1() {int x = 10;// ...
}void func2() {int y = 20;// ...
}int main() {func1();func2();return 0;
}

队列

队列（queue）的声明：

#include <queue>// 声明一个整数类型的队列
std::queue<int> myQueue;// 在队列尾部插入元素
myQueue.push(30);
myQueue.push(40);// 从队列头部弹出元素
myQueue.pop();// 访问队列头部元素
int frontElement = myQueue.front();

push()：将元素推入队列尾部

#include <queue>std::queue<int> myQueue;myQueue.push(10);
myQueue.push(20);

pop()：从队列头部弹出元素

myQueue.pop();

front()：访问队列头部元素

int frontElement = myQueue.front();

back()：访问队列尾部元素

int backElement = myQueue.back();

empty()：检查队列是否为空

if (myQueue.empty()) {// 队列为空
}

队列妙用

广度优先搜索（BFS）： 在图或树的遍历中，使用队列来实现广度优先搜索，确保按照层次遍历节点。

void BFS(Node* root) {std::queue<Node*> q;q.push(root);while (!q.empty()) {Node* current = q.front();// 处理当前节点// ...// 将当前节点的邻居节点入队for (Node* neighbor : current->neighbors) {q.push(neighbor);}// 出队q.pop();}
}

任务调度： 在操作系统或并发编程中，使用队列来管理任务队列，确保按照先进先出的原则执行任务。

#include <queue>
#include <thread>
#include <iostream>std::queue<std::function<void()>> taskQueue;
std::mutex taskQueueMutex;void workerThread() {while (true) {std::function<void()> task;{std::lock_guard<std::mutex> lock(taskQueueMutex);if (!taskQueue.empty()) {task = taskQueue.front();taskQueue.pop();}}if (task) {task();} else {// Sleep or yield to avoid busy-waitingstd::this_thread::yield();}}
}

缓存管理： 使用队列来管理缓存中的数据，确保最先进入缓存的数据最先被替换。

#include <queue>
#include <iostream>std::queue<int> cache;void addToCache(int data) {cache.push(data);// 如果缓存大小超过限制，移除队首元素if (cache.size() > MAX_CACHE_SIZE) {cache.pop();}
}

打印任务队列： 模拟打印任务的队列，确保先提交的打印任务先得到执行。

#include <queue>
#include <iostream>std::queue<std::string> printQueue;void submitPrintJob(const std::string& document) {printQueue.push(document);
}void printNextJob() {if (!printQueue.empty()) {std::string document = printQueue.front();std::cout << "Printing: " << document << std::endl;printQueue.pop();}
}