【C++】STL:栈和队列模拟实现

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目录

  • 💞💞 前言
  • 1.stack和queue简介
  • 2.stack模拟实现
    • ✨stack实现代码
    • ✨stack测试代码
  • 3.queue模拟实现
    • ✨queue实现代码
    • ✨queue测试代码
  • 4.结语

1.stack和queue简介

C++中的stack(栈)和queue(队列)是两种常见的数据结构,用于存储和管理数据。

是一种先进后出(LIFO)的数据结构,类似于我们平时堆叠的一摞书,只能在顶部进行操作。在C++中,可以使用std::stack模板类来创建栈。栈的主要操作包括压入(push)元素到栈顶、弹出(pop)栈顶元素以及获取栈顶元素等。

队列是一种先进先出(FIFO)的数据结构,类似于排队等候的人群,新元素插入队尾,最早插入的元素在队头。在C++中,可以使用std::queue模板类来创建队列。队列的主要操作包括插入(push)元素到队尾、删除(pop)队头元素以及获取队头元素等。

如下图所示:

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stack和queue都有自己的特点和适用场景。栈常用于实现递归算法、表达式求值和括号匹配等问题,而队列常用于实现广度优先搜索(BFS)算法、任务调度和缓冲区管理等问题。

在C++中,stack和queue都是基于deque(双端队列)实现的,默认使用deque容器作为底层数据结构。此外,C++还提供了其他数据结构,如priority_queue(优先队列)和deque(双端队列),可以根据具体需求选择合适的数据结构来解决问题。

2.stack模拟实现

stack函数作用
push尾插(栈顶入栈)
pop尾删(栈顶出栈)
top获取栈顶元素(也就是尾部元素)
const top给const对象使用
size栈中元素个数
empty判断栈是否为空

stack模拟实现我们就可以使用之前学习过的vector或者list容器来实现,可以创建一个类模板,除了数据的类型可以改变,其使用的容器也可以改变,代码如下:

template<class T, class Con = deque<T>>

这样我们只需要传入数据类型以及使用的容器类型就可以确定stack是使用什么容器来实现存储和管理数据了🥳🥳,默认传入的是deque容器(给的是缺省值)

deque(双端队列)是C++标准库中的一种容器,它可以在两端进行插入和删除操作。deque的全称是double-ended queue,它融合了向量(vector)和双向链表(doubly linked list)的特性。

使用deque记得包含头文件#include<deque>

✨stack实现代码

#pragma once
using namespace std;
#include<iostream>
#include<deque>
#include<vector>namespace tutu_stack
{template<class T, class Con = deque<T>>class stack{public:stack(){//使用自定义类型默认的构造函数即可}//尾插void push(const T& x){_c.push_back(x);}//尾删void pop(){_c.pop_back();}//取栈顶元素T& top(){return _c.back();}const T& top()const{return _c.back();}//栈中元素个数size_t size()const{return _c.size();}//判断栈是否为空bool empty()const{return _c.empty();}private:Con _c;};
};

stack的构造,因为是使用STL标准库里的容器来实现,所以我们只需要调用标准库里给的构造函数即可,因为类的默认构造会自动调用自定义类型的默认构造,所以这里的默认构造可以不写,栈是使用标准库里的容器来存储数据的,所以不需要手动实现拷贝

✨stack测试代码

  //测试代码void test_stack(){stack<int,vector<int>> s;s.push(1);s.push(2);s.push(3);s.push(4);while (!s.empty()){cout << s.top() << " ";s.pop();}}

注意测试代码要包含在自己的命名空间中哦,我们这里显示的将容器给了vector来存储数据,记得要包含vector的头文件#include<vector>

3.queue模拟实现

queue的实现与vector非常类似

queue函数作用
push队尾入队列
pop队头出队列
front获取队头元素
const frontconst对象使用
back获取队尾元素
const backconst对象使用
size获取队列元素个数
empty判断队列是否为空
swap交换两个队列

与stack类似,它也使用了类模板 template<class T, class Container = std::deque<T>>并给了缺省值,使用deque(双端队列),同样其构造函数也不需要写,直接调用自定义类型的默认构造即可,队列是使用标准库里的容器来存储数据的,所以不需要手动实现拷贝

✨queue实现代码

using namespace std;
#include<iostream>
#include<deque>
#include<vector>
#include<list>namespace tutu_queue
{template<class T, class Container = std::deque<T>>class queue{public://队尾入队列void push(const T& x){_c.push_back(x);}//队头出队列void pop(){_c.pop_front();}//获取队头元素T& front(){return _c.front();}const T& front() const{return _c.front();}//获取队尾元素T& back(){return _c.back();}const T& back() const{return _c.back();}//获取队列中有效元素个数size_t size() const{return _c.size();}//判断队列是否为空bool empty() const{return _c.empty();}//交换两个队列中的数据void swap(queue<T, Container>& q){_c.swap(q._c);}private:Container _c;};

✨queue测试代码


//测试代码
//使用list容器void test_queue2(){queue<int, list<int>> q;q.push(1);q.push(2);q.push(3);q.push(4);while (!q.empty()){cout << q.front() << " ";q.pop();}}
}

测试代码要在自己的命名空间里面,使用list容器记得要包头文件#include<list>

结果如下:
在这里插入图片描述

这里注意不能使用vector容器,因为vector没有pop_front()这个函数,除非使用erase删除第一个元素,但是这样需要挪动数据,效率很低,所以一般不使用vector作为容器

4.结语

栈和队列是常用的数据结构,可以使用数组或链表来实现,这里我们提了一种类模板,方便我们传入要实现的容器。使用栈和队列非常方便,它们具有高效的性能和覆盖各种操作的方法。可以根据需要调用相关函数来完成相关的操作。以上就是今天所有的内容啦~ 完结撒花~ 🥳🎉🎉

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