C++容器用法简介——stack

翻译自cplusplus

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一、简介

       stack是一种容器适配器（STL的容器分为顺序容器和关联容器，容器适配器，是对这两类容器进行包装得到的具有更强的约束力的容器），被设计来用于操作先进后出（FILO）结构的情景，在这种情况下， 元素的插入和删除都只能在容器的尾部进行。

       stack通过容器适配器来实现，是一种将特定的容器类作为其最底层的容器的类，它提供了一些特定的成员函数来访问自己的元素，元素只能在这个特定容器的后面，也就是栈的顶部，进行出栈和入栈操作。

       最底层的容器可以是任意一种标准的容器模板类，或者是一些有明确目的的容器类，他们应该支持以下操作：

1. empty（判断是否为空）
2. size （返回栈的元素个数）
3. back （返回栈顶元素）
4. push_back （入栈）
5. pop_back （出栈）

       标准的容器类，比如 vector，deque，list，满足以上需求。如果没有明确指定需要使用的容器，默认情况下将会使用 deque。

二、函数用法示例

1、构造与析构(C++11版本)

initialize (1)          explicit stack (const container_type& ctnr);

move-initialize (2)     explicit stack (container_type&& ctnr = container_type());

allocator (3)           template <class Alloc> explicit stack (const Alloc& alloc);

init + allocator (4)    template <class Alloc> stack (const container_type& ctnr, const Alloc& alloc);

move-init + allocator (5)  template <class Alloc> stack (container_type&& ctnr, const Alloc& alloc);

copy + allocator (6)    template <class Alloc> stack (const stack& x, const Alloc& alloc);

move + allocator (7)    template <class Alloc> stack (stack&& x, const Alloc& alloc);

（1）初始化构造方式
         构造一个内部元素都是ctnr的拷贝的容器适配器

（2）move-initialization constructor
        构造一个内部元素都是通过移动方式获得ctnr的值的容器适配器

剩下几个带分配器的我还没有看懂，就不乱说了

// constructing stacks
#include <iostream>       // std::cout
#include <stack>          // std::stack
#include <vector>         // std::vector
#include <deque>          // std::deque

int main ()
{
  std::deque<int> mydeque (3,100);          // deque with 3 elements
  std::vector<int> myvector (2,200);        // vector with 2 elements

  std::stack<int> first;                    // empty stack
  std::stack<int> second (mydeque);         // stack initialized to copy of deque

  std::stack<int,std::vector<int> > third;  // empty stack using vector
  std::stack<int,std::vector<int> > fourth (myvector);

  std::cout << "size of first: " << first.size() << '\n';
  std::cout << "size of second: " << second.size() << '\n';
  std::cout << "size of third: " << third.size() << '\n';
  std::cout << "size of fourth: " << fourth.size() << '\n';

  return 0;
}

2、empty()

返回当前栈是否为空(当它的大小是0的时候），empty()函数并不能清空栈，只是一个返回bool型的const函数

    stack<int>s;
    s.push(1);
    s.push(2);
    cout << s.empty() << endl;   //输出0

3、size()

返回容器中元素的个数，时间复杂度O(1)，返回值类型是size_type，也就是unsigned int。size()函数不能改变栈的大小

例如上面的代码段应该输出 2

4、top()

返回栈顶元素的引用。
由于栈是一种先进后出的结构，所以最顶部的元素就是最后插入栈的元素。
（ C++11中会自动根据元素类型返回reference或者是const_reference，对一个空的栈调用top函数，会异常终止，所以应该使用empty()函数提前检查)

    stack<int>s;
    s.push(1);
    s.push(2);
    cout << s.top() << endl;    //输出2
    s.top() += 3;               //引用可以作为左值
    cout << s.top() << endl;    //输出5

5、push() 和 emplace() (C++11)

push()函数和 emplace()都是在栈这个容器的顶部插入一个新的元素。
push()，实际上是调用的底层容器的 push_back()函数，新元素的值是 push函数参数的一个拷贝。
emplace()，实际上是调用的底层容器的 emplace_back()函数，新元素的值是在容器内部就地构造的，不需要移动或者拷贝。
stack的 emplace也可以用在普通的基本类型上。

struct Node
{
    Node(int x)
        :x(x){}
    int x;
};

int main()
{
    stack<Node>s1;
    s1.emplace(1);
    s1.push(Node(2));

    stack<int>s2;
    s2.emplace(1);   //OK
    return 0;
}

6、pop()

删除最顶部的元素，使栈的大小减小

这个被删除的元素，是刚刚插入栈的元素，这个元素和top函数的返回值是一致的。这个函数会调用对象的析构函数（如果有的话），pop()实际上是用过底层容器的pop_back()函数实现的。

（对一个空栈进行pop()，会导致程序异常终止，应该使用empty提前检查）

    stack<int>s;
    s.push(1);
    s.push(2);
    s.push(3);

    cout << s.top() << endl;   //3
    s.pop();
    cout << s.top() << endl;   //2

栈没有clear或者erase函数，如果想要清空一个栈，需要循环的调用出栈函数。

    stack<int>s;
    //s.erase(); //error
    //s.clear(); //error
    s.push(1);
    s.push(2);
    s.push(3);
    cout << s.size() << endl;   //3
    while(!s.empty())
        s.pop();
    cout << s.size() << endl;    //0

7、swap()

交换两个栈的内容（所有元素），这个函数通过非成员函数swap()来交换底层容器，时间复杂度O(1)

cplusplus的例子

// stack::swap
#include <iostream>       // std::cout
#include <stack>          // std::stack

int main ()
{
  std::stack<int> foo,bar;
  foo.push (10); foo.push(20); foo.push(30);
  bar.push (111); bar.push(222);

  foo.swap(bar);

  std::cout << "size of foo: " << foo.size() << '\n';
  std::cout << "size of bar: " << bar.size() << '\n';

  return 0;
}

8、运算符重载

(1)==用于比较两个栈是否相等，首先判断大小是否相等，然后再通过operator ==判断元素之间是否相等，将会在第一个不相等的地方停止

template <class T, class Container>
  bool operator== (const stack<T,Container>& lhs, const stack<T,Container>& rhs);
(2)!= 和==是相反的。只要大小不同或者有一个元素不一样就是不相等的  
	

	template <class T, class Container>

	  bool operator!= (const stack<T,Container>& lhs, const stack<T,Container>& rhs);

	

	(3)从第一元素开始比较当发现大于或者等于时停止，如果一个栈是另一个栈的前缀，那么长的栈大。下同 

	

	template <class T, class Container>

	  bool operator<  (const stack<T,Container>& lhs, const stack<T,Container>& rhs);

	

	(4)    

	

	template <class T, class Container>

	  bool operator<= (const stack<T,Container>& lhs, const stack<T,Container>& rhs);

	

	(5)    

	

	template <class T, class Container>

	  bool operator>  (const stack<T,Container>& lhs, const stack<T,Container>& rhs);

	

	(6)    

	

	template <class T, class Container>

	  bool operator>= (const stack<T,Container>& lhs, const stack<T,Container>& rhs);

	

    stack<int>l1;
    l1.emplace(1);
    l1.emplace(2);
    l1.emplace(3);
    stack<int>l2;
    l2.emplace(1);
    l2.emplace(2);
    cout << boolalpha << (l1 > l2) << endl;   //T
    cout << boolalpha << (l1 == l2) << endl;   //F
    cout << boolalpha << (l1 != l2) << endl;   //T

四、结语

栈是一种特别常用的数据结构，在各种编程语言或者是操作系统内部，都能见到。常见的DFS算法，递归算法；上下文切换，进程调度，以及寄存器本身。