C++从入门到实战（二十二）stack的介绍和使用

前言

• 在前几篇博客中，我们系统学习了vector（动态数组）、list（双向循环链表）、string（动态字符串）等序列式容器——它们都支持随机访问或双向遍历，可直接操作任意位置的元素。
• 本篇将聚焦STL中的适配器容器——stack（栈）：它并非独立的容器，而是基于其他序列容器（如deque、vector）封装而成的“适配容器”，核心遵循后进先出（LIFO）原则，仅支持栈顶的插入、删除和访问操作。
• 我们将从stack的核心特性入手，详解其常用接口的用法、底层实现逻辑，并结合示例说明其典型应用场景，帮助你掌握栈的核心使用技巧。

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C++官方stack文档
https://cplusplus.com/reference/stack/stack/

一、什么是stack

std::stack是C++ STL中的容器适配器（Container Adapter），而非原生容器——它封装了底层序列容器（默认是deque双端队列（后续我们也会详细讲解）），并仅暴露符合“栈”特性的接口，核心规则是：最后入栈的元素最先出栈（LIFO, Last In First Out）。

1.1 stack的核心特性

• 单向操作：仅能对栈顶进行插入（push）、删除（pop）和访问（top）操作，无法访问栈中间或栈底的元素。
• 无随机访问：不支持下标（[]）、迭代器遍历，也没有begin()/end()接口。
• 适配器特性：底层可复用deque、vector、list等序列容器（需满足back()、push_back()、pop_back()、empty()、size()接口），默认选择deque（兼顾效率和内存特性）。
• 轻量级封装：stack本身仅提供接口封装，无额外内存开销，性能依赖底层容器。

1.2 stack与序列容器的核心差异

二、stack的核心接口详解

stack的接口极简，仅包含构造、判空、大小、栈顶访问、入栈、出栈6个核心接口，以下是详细说明：

2.1 构造函数：stack()

语法

stack<T>st;// T为存储的元素类型（如int、string等）// 或指定底层容器：stack<T, Container> st;

作用

• 创建一个空的栈，底层容器默认初始化（如deque的默认构造）。

示例

#include<stack>#include<iostream>#include<vector>#include<list>usingnamespacestd;intmain(){// 1. 默认构造（底层deque）stack<int>st1;// 2. 指定底层容器为vectorstack<int,vector<int>>st2;// 3. 指定底层容器为liststack<int,list<int>>st3;cout<<"st1是否为空："<<st1.empty()<<endl;// 输出：1（true）return0;}

2.2 判空操作：empty()

语法

boolempty()const;

作用

• 检测栈是否为空（无元素），为空返回true，否则返回false。

示例

stack<int>st;cout<<st.empty()<<endl;// 空栈，输出：1（true）st.push(10);cout<<st.empty()<<endl;// 非空，输出：0（false）

2.3 大小获取：size()

语法

size_tsize()const;

作用

• 返回栈中元素的个数，类型为size_t（无符号整数）。

示例

stack<int>st;st.push(1);st.push(2);st.push(3);cout<<"栈的大小："<<st.size()<<endl;// 输出：3

2.4 栈顶访问：top()

语法

// 普通版本：返回栈顶元素的引用（可修改）T&top();// const版本：返回栈顶元素的const引用（只读）constT&top()const;

作用

• 返回栈顶元素的引用（栈顶是最后入栈的元素），注意：空栈调用top()会导致未定义行为。

示例

stack<int>st;st.push(10);st.push(20);// 普通版本：修改栈顶元素st.top()=30;cout<<"栈顶元素："<<st.top()<<endl;// 输出：30// const版本：只读conststack<int>cst(st);cout<<"const栈顶元素："<<cst.top()<<endl;// 输出：30// cst.top() = 40; // 错误！const引用不可修改

2.5 入栈操作：push()

语法

// 拷贝入栈：将val拷贝到栈顶voidpush(constT&val);// 移动入栈（C++11）：将val移动到栈顶（效率更高）voidpush(T&&val);// 原地构造（C++11）：直接在栈顶构造元素，避免拷贝template<class...Args>voidemplace(Args&&...args);

作用

• 将元素添加到栈顶，底层调用容器的push_back()（或emplace_back()）。

示例

stack<int>st;// 普通拷贝入栈st.push(1);st.push(2);// emplace原地构造（效果同push(3)，但效率更高）st.emplace(3);cout<<"栈顶元素："<<st.top()<<endl;// 输出：3cout<<"栈的大小："<<st.size()<<endl;// 输出：3

2.6 出栈操作：pop()

语法

voidpop();

作用
删除栈顶元素（仅删除，不返回），底层调用容器的pop_back()；注意：空栈调用pop()会导致未定义行为。

示例

stack<int>st;st.push(1);st.push(2);st.push(3);cout<<"出栈前栈顶："<<st.top()<<endl;// 输出：3st.pop();// 删除栈顶元素3cout<<"出栈后栈顶："<<st.top()<<endl;// 输出：2cout<<"出栈后大小："<<st.size()<<endl;// 输出：2

三、stack的综合使用示例

stack的核心操作是“入栈→访问栈顶→出栈”的循环，以下是完整示例，包含栈的基本操作和“遍历”技巧（stack无迭代器，需借助临时栈）：

#include<stack>#include<iostream>usingnamespacestd;intmain(){// 1. 初始化栈并入栈元素stack<int>st;st.push(10);st.push(20);st.push(30);st.push(40);// 2. 基本属性cout<<"栈是否为空："<<st.empty()<<endl;// 输出：0cout<<"栈的大小："<<st.size()<<endl;// 输出：4cout<<"栈顶元素："<<st.top()<<endl;// 输出：40// 3. 出栈操作（删除栈顶）st.pop();cout<<"出栈后栈顶："<<st.top()<<endl;// 输出：30// 4. 模拟遍历栈（需借助临时栈，遍历后原栈为空）stack<int>temp;// 临时栈cout<<"栈的元素（从栈顶到栈底）：";while(!st.empty()){intval=st.top();cout<<val<<" ";// 输出：30 20 10temp.push(val);// 保存到临时栈st.pop();// 原栈出栈}cout<<endl;// 5. 恢复原栈（从临时栈倒回）while(!temp.empty()){st.push(temp.top());temp.pop();}cout<<"恢复后栈的大小："<<st.size()<<endl;// 输出：3return0;}

输出结果：

四、stack核心接口总结

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