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C++ std::stack 基础与用法

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std::stack 是 C++ 标准模板库 (STL) 中的一个容器适配器，它提供了一种 后进先出 (Last-In, First-Out, LIFO) 的数据结构。 类似于现实生活中的一叠盘子，最后被放入栈中的元素将是第一个被移除的元素。

std::stack 核心知识

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1. 头文件: #include <stack>

2. 定义:

   • std::stack<int> myStack; // 创建一个存储整数的栈
   • std::stack<double> doubleStack; // 创建一个存储双精度浮点数的栈
   • std::stack<std::string> stringStack; // 创建一个存储字符串的栈

3. 主要特性:

   • LIFO (Last-In, First-Out): 后进先出。
   • 容器适配器: 基于其他容器 (默认是 std::deque) 实现。 提供了受限的接口，以满足 LIFO 的要求。
   • 动态大小: 栈的大小是动态的，取决于底层容器的实现。

4. 常用成员函数:

   • push(const T& value): 将一个元素压入栈顶。
     • T: 栈存储的元素类型。
     • value: 要压入栈中的元素的值 (复制构造)。
   • emplace(Args&&... args) (C++11 及以上): 在栈顶构造一个新元素 (避免复制或移动)。
     • Args&&... args: 用于构造新元素所需的参数。
   • pop(): 从栈顶移除 (弹出) 一个元素。 不返回被移除的元素的值.
   • top(): 访问栈顶元素 (返回栈顶元素的 引用)。 不移除元素.
   • empty(): 检查栈是否为空。
     • 返回 true 如果栈为空，否则返回 false。
   • size(): 返回栈中元素的数量。

5. 示例代码:

   #include <iostream>
   #include <stack>
   #include <string>
   
   int main() {
       std::stack<int> myStack;
   
       // 压入元素
       myStack.push(10);
       myStack.push(20);
       myStack.push(30);
   
       std::cout << "Stack size: " << myStack.size() << std::endl; // 输出：Stack size: 3
   
       // 访问栈顶元素
       std::cout << "Top element: " << myStack.top() << std::endl; // 输出：Top element: 30
   
       // 弹出元素
       while (!myStack.empty()) {
           std::cout << "Popping: " << myStack.top() << std::endl;
           myStack.pop();
       }
   
       std::cout << "Stack size after popping: " << myStack.size() << std::endl; // 输出：Stack size after popping: 0
   
       // 使用 emplace (C++11+)
       std::stack<std::string> stringStack;
       stringStack.emplace("hello");
       stringStack.emplace("world");
   
       std::cout << "Top string: " << stringStack.top() << std::endl; // 输出：Top string: world
   
       return 0;
   }

6. 底层实现:

   • 默认使用 std::deque 作为底层容器.
   • 也可使用 std::vector 或 std::list，但 deque 通常是最佳选择.

7. 使用注意事项:

   • 在使用 top() 之前，必须先调用 empty() 检查栈是否为空.
   • pop() 仅移除元素，不返回元素的值. 使用 top() 获取后再使用 pop().
   • 没有迭代器: 无法使用迭代器遍历 std::stack.
   • 容器适配器: 提供受限接口，满足 LIFO.

8. 应用场景:

   • 表达式求值 (后缀表达式)。
   • 函数调用栈。
   • 括号匹配。
   • 深度优先搜索 (DFS)。
   • 撤销/重做功能。
   • 回溯算法。
   • 浏览器历史记录。