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C++STL初阶（12）：stack和queue的初阶实现

news 2025/6/24 12:28:06

1. stack的选型

对于栈的实现是我们非常熟悉的过程：

C语言基础数据结构——栈和队列_栈和队列插入取出数据-CSDN博客

_top表示下标，_capacity表示空间大小：

那么按照我们原来的思路，利用_top和_capacity T*来给stack构形。

template<typename T>
class stack {
public:
private:T* _arr;int _top;int _capacity;
};

如果只是按照c语言的思路来实现一个T*的多接口数组就显得有些重复了。

2. 容器适配器

2.1设计模式

设计模式就像兵法一样，不是直接拿着刀就上去看（早期的代码都会相对无序），而是要讲究套路和方法的，要注重可维护性。只完成了功能的要求，但是在后期如果要debug或者打补丁就很麻烦。现在的设计模式有23种。

我们现在已经或多或少接触了两种设计模式，一种是迭代器模式，一种是适配器模式。

比如迭代器模式：

容器适配器一般都没有iterator，因为iterator的出现会改变其最本质的访问方式。

2.2适配器

适配器是一种用于转换的装置：

适配器：适配器的功能就是转换

比如电源适配器。高压线中的电变压到220v的生活用电也需要电源适配器，220v通过充电线变成给手机的几伏充电线也需要电源适配器。

那什么是容器适配器呢？

栈就是容器适配器，队列也是容器适配器。

我们可以自己手搓数组来实现各个接口。那既然要如上文的C语言思路一样使用数组，为什么不直接用vector呢？

既然能用vector去适配一个栈出来，那为什么不能用list去适配一个栈出来呢？如下：

template<typename T>
class stack{
public:
private:list<T> _st;
};

或者

template<typename T>
class stack{
public:
private:vector<T> _st;
};

vector和list中都肯定包含push_back pop_back back front这些函数

直接去套用即可。那么我如果两个容器都想使用呢？实现两个非常接近的容器适配器吗？

显然不是，我们直接在模版处传入我们想使用的容器。

3.代码实现

直接在template处多写一个typename方便传容器类型。

如果传入的容器不能使用push_back，说明这个容器不能用于适配，报错即可。

模版参数就像函数参数一样，也可以给缺省值。

比如我们此处就默认stack是包装vector实现的。

template<typename T,typename Container = vector<int>>
class stack {
public:void push(const T& x) {_st.push_back(x);}void pop() {_st.pop_back();}T& top() {return _st.back();}const T& top() const {return _st.back();}bool empty() {return _st.empty();}size_t size() {return _st.size();}private:Container _st;};

就可以直接像正常的vector那样使用了。

或者用list去作为适配的容器：

再用代码来实现queue

queue适合用vector作为容器来适配吗？

在stack中的插入删除都在尾部（栈顶）进行，vector恰好在尾部进行操作比较简单，比较吻合。

而queue既需要在尾部操作，又需要在头部操作，所对于vector这种头插头删时间复杂度都是O(n)的容器来说就不是非常合适。因此我们认为vector不能用于适配

这是用vector实现的方法：

但是代价太大了。

所以我们将queue按照list和deque作为可适配的容器实现：

template<typename T,typename Container = list<int>>
class queue {
public:void push(const T& x) {_q.push_back(x);}void pop() {_q.pop_front();}bool empty() {return  _q.empty();}T& front() {return _q.front();}const T& front() const {return _q.front();}T& back() {return _q.back();}const T& back() const {return _q.back();}size_t size() {return _q.size();}
private:Container _q;
};

测试：