C++标准库中的Stack(堆栈)和Queue(队列)详解
作者：m0_74824025
1. stack（栈）
核心概念
栈是一种 LIFO 的数据结构。
LIFO: Last-In, First-Out，即后进先出。
想象一叠盘子：你总是从最上面取走盘子，新盘子也总是放在最上面。
头文件
cpp
#include <stack>
底层容器
默认情况下，stack 使用 deque 作为其底层容器。但你也可以显式指定使用 vector 或 list。
cpp
stack<int> s1; // 默认使用 deque stack<int, vector<int>> s2; // 使用 vector 作为底层容器 stack<int, list<int>> s3; // 使用 list 作为底层容器
主要成员函数
| 函数 | 功能 | 时间复杂度 |
|---|---|---|
push(const T& value) | 将元素压入栈顶 | O(1) |
pop() | 弹出栈顶元素 | O(1) |
top() | 返回栈顶元素的引用 | O(1) |
empty() | 检查栈是否为空 | O(1) |
size() | 返回栈中元素的数量 | O(1) |
注意：stack 没有提供 begin() 和 end() 方法，因此不能使用范围 for 循环来遍历。遍历栈的唯一方式是不断弹出其元素。
基本用法示例
cpp
#include <iostream>
#include <stack>
using namespace std;
int main() {
stack<int> s;
// 压入元素
s.push(10);
s.push(20);
s.push(30);
// 查看栈顶元素
cout << "Top element: " << s.top() << endl; // 输出 30
// 弹出栈顶元素
s.pop(); // 弹出 30
cout << "Top after pop: " << s.top() << endl; // 输出 20
// 遍历栈 (会销毁栈)
cout << "Stack elements: ";
while (!s.empty()) {
cout << s.top() << " ";
s.pop();
}
// 输出：Stack elements: 20 10
cout << endl;
return 0;
}2. queue（队列）
核心概念
队列是一种 FIFO 的数据结构。
FIFO: First-In, First-Out，即先进先出。
想象排队买票：先来的人先买到票离开，新来的人排在队伍末尾。
头文件
cpp
#include <queue>
底层容器
默认情况下，queue 使用 deque 作为其底层容器。你也可以指定使用 list（但不能用 vector，因为 vector 没有 pop_front 方法）。
cpp
queue<int> q1; // 默认使用 deque queue<int, list<int>> q2; // 使用 list 作为底层容器
主要成员函数
| 函数 | 功能 | 时间复杂度 |
|---|---|---|
push(const T& value) | 将元素添加到队尾 | O(1) |
pop() | 移除队首元素 | O(1) |
front() | 返回队首元素的引用 | O(1) |
back() | 返回队尾元素的引用 | O(1) |
empty() | 检查队列是否为空 | O(1) |
size() | 返回队列中元素的数量 | O(1) |
注意：和 stack 一样，queue 也没有迭代器，不能使用范围 for 循环遍历。
基本用法示例
cpp
#include <iostream>
#include <queue>
using namespace std;
int main() {
queue<int> q;
// 添加元素到队尾
q.push(10);
q.push(20);
q.push(30);
// 查看队首和队尾元素
cout << "Front element: " << q.front() << endl; // 输出 10
cout << "Back element: " << q.back() << endl; // 输出 30
// 移除队首元素
q.pop(); // 移除 10
cout << "Front after pop: " << q.front() << endl; // 输出 20
// 遍历队列 (会销毁队列)
cout << "Queue elements: ";
while (!q.empty()) {
cout << q.front() << " ";
q.pop();
}
// 输出：Queue elements: 20 30
cout << endl;
return 0;
}关键区别总结
| 特性 | stack (栈) | queue (队列) |
|---|---|---|
| 数据原则 | LIFO (后进先出) | FIFO (先进先出) |
| 核心操作 | push(), pop(), top() | push(), pop(), front(), back() |
| 访问元素 | 只能访问栈顶 (top) | 可以访问队首 (front) 和队尾 (back) |
| 典型应用 | 函数调用栈、表达式求值、撤销操作 | 消息队列、CPU 任务调度、广度优先搜索 |
进阶：自定义底层容器与使用场景
为什么 stack 可以用 vector，而 queue 不行？
stack只需要在一端进行操作（push_back,pop_back），vector完美支持，且效率很高。queue需要在两端进行操作（push_back,pop_front）。vector没有pop_front()方法，如果用它会导致效率极低的O(n)操作（需要移动所有元素），所以标准库禁止了这种用法。
如何选择底层容器？
默认 deque：在大多数情况下是最平衡的选择，两端操作效率都高。
stack 用 vector：如果你确定你的栈操作非常密集，且内存分配性能至关重要，
vector可能稍快一些，因为它使用连续内存。list：如果你需要稳定的迭代器（在元素插入删除时不会失效），或者你的元素非常大，移动成本高，可以考虑
list。
cpp
// 一个使用 vector 作为底层容器的栈 stack<int, vector<int>> my_stack; // 一个使用 list 作为底层容器的队列 queue<int, list<int>> my_queue;
总结
stack 和 queue 是 C++ 中两个简单而强大的容器适配器，它们通过限制对底层数据的访问方式，强制实现了特定的数据管理规则。理解它们的 LIFO 和 FIFO 原则是正确使用的关键。它们被广泛应用于各种算法和系统设计中。
到此这篇关于C++标准库中的Stack(堆栈)和Queue(队列)的文章就介绍到这了,更多相关C++标准库stack和queue内容请搜索脚本之家以前的文章或继续浏览下面的相关文章希望大家以后多多支持脚本之家！