Stack容器

1、Stack

（1）定义

栈是一种容器适配器，特别为后入先出而设计的一种（LIFO ），那种数据被插入，然后再容器末端取出。

默认情况下，如果没有容器类被指定成为一个提别的stack 类，标准的容器类模板就是deque 队列。

堆栈是一个线性表，插入和删除只在表的一端进行。这一端称为栈顶(Stack Top)，另一端则为栈底(Stack Bottom)。堆栈的元素插入称为入栈，元素的删除称为出栈。由于元素的入栈和出栈总在栈顶进行，因此，堆栈是一个后进先出(Last In First Out)表（queue是FIFO），即 LIFO 表。

（2）底层实现

实现C++ STL，栈有两个参数：

template < class T, class Container = deque<T> > class stack;

参数示意：

T: 元素类型
Container: 被用于存储和访问元素的的类型

C++ STL 的堆栈泛化是直接通过现有的序列容器来实现的，默认使用双端队列deque的数据结构。

当然，可以采用其他线性结构（vector 或 list等），只要提供堆栈的入栈、出栈、栈顶元素访问和判断是否为空的操作即可。

由于堆栈的底层使用的是其他容器，因此，堆栈可看做是一种适配器，将一种容器转换为另一种容器(堆栈容器)。

为了严格遵循堆栈的数据后进先出原则，stack 不提供元素的任何迭代器操作，因此，stack 容器也就不会向外部提供可用的前向或反向迭代器类型。

拓展：

Q：为什么stack和queue没有迭代器？让这些容器具备迭代器岂不是更方便？

A：一个容器的方法与其本身特性密切联系，stack和queue分别是FILO和FIFO的线性表，不允许其他的进出方式，为了严格遵守这种原则，故不提供迭代器操作。deque是双向队列，提供迭代器。

（3）使用

stack堆栈容器的C++标准头文件为 stack ，必须用宏语句 "#include <stack>" 包含进来，才可对 stack 堆栈的程序进行编译。

2、成员函数

（1）创建 stack 对象

使用堆栈前，先要利用构造函数进行初始化，创建一个堆栈对象，以进行元素的入栈、出栈等操作。
1. stack()
默认构造函数，创建一个空的 stack 对象。
例如，下面一行代码使用默认的 deque 为底层容器，创建一个空的堆栈对象 s 。

stack<int>  s;

2. stack(const stack&) 
复制构造函数，用一个stack堆栈创建一个新的堆栈。 例如，下面的代码利用s1，创建一个以双向链表为底层容器的空堆栈对象 s2 。

// stack<int, list<int> >   s1;
stack<int, list<int> >   s2(s1);

（2）元素入栈

stack堆栈容器的元素入栈函数为push函数。

由于 C++ STL 的堆栈函数是不预设大小的，因此，入栈函数就不考虑堆栈空间是否为满，均将元素压入堆栈，从而函数没有标明入栈成功与否的返回值。

如下是他的使用原型：

void  push(const value_type& x)
void push ( const T& x );

示例：

// stack::push/pop
#include <iostream>
#include <stack>
using namespace std;

int main ()
{
  stack<int> mystack;

  for (int i=0; i<5; ++i) mystack.push(i);

  cout << "Popping out elements...";
  while (!mystack.empty())
  {
     cout << " " << mystack.top();
     mystack.pop();
  }
  cout << endl;

  return 0;
}
//output：Popping out elements... 4 3 2 1 0

（3）元素出栈

stack容器的元素出栈函数为 pop 函数，由于函数并没有判断堆栈是否为空，才进行元素的弹出，因此，需要自行判断堆栈是否为空，才可执行 pop 函数。

void pop()

示例：

下面的示例代码，将堆栈的所有元素全部出栈

// stack<int>  s;
while(!s.empty())
{ 
   s.pop();// 出栈
}

// stack::push/pop
#include <iostream>
#include <stack>
using namespace std;

int main ()
{
  stack<int> mystack;

  for (int i=0; i<5; ++i) mystack.push(i);

  cout << "Popping out elements...";
  while (!mystack.empty())
  {
     cout << " " << mystack.top();
     mystack.pop();
  }
  cout << endl;

  return 0;
}
//output:Popping out elements... 4 3 2 1 0

（4）取栈顶元素

value_type&  top()

value_type& top ( );
const value_type& top ( ) const;

示例：

// test_stack.cpp : 定义控制台应用程序的入口点。

#include "stdafx.h"
#include <stack>
#include <vector>
#include <deque>
#include <iostream>

using namespace std;

int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
{
	stack<int> mystack;
	mystack.push(10);
	mystack.push(20);
	mystack.top()-=5;
	cout << "mystack.top() is now " << mystack.top() << endl;

	return 0;
}
//output:

mystack.top() is now 15

（5）堆栈非空判断

随着堆栈元素不断出栈，堆栈可能会出现空的情况，因此，一般需要调用 empty 函数判断是否非空，才作元素出栈和取栈顶元素的操作。

bool  empty()
//判断堆栈是否为空，返回 true 表示堆栈已空，false 表示堆栈非空。

示例：

// stack::empty
#include <iostream>
#include <stack>
using namespace std;

int main ()
{
  stack<int> mystack;
  int sum (0);

  for (int i=1;i<=10;i++) mystack.push(i);

  while (!mystack.empty())
  {
     sum += mystack.top();
     mystack.pop();
  }

  cout << "total: " << sum << endl;
  
  return 0;
}
//output:55

（6）访问栈中的元素个数

堆栈的元素个数可用 size 函数获得。每次元素入栈前，先检查当前堆栈的大小，超过某个界限值，则不允许元素入栈，以此可实现一个具有一定容量限制的堆栈。

size_type size ( ) const;
//计算栈对象元素个数

示例：

// stack::size
#include <iostream>
#include <stack>
using namespace std;

int main ()
{
  stack<int> myints;
  cout << "0. size: " << (int) myints.size() << endl;

  for (int i=0; i<5; i++) myints.push(i);
  cout << "1. size: " << (int) myints.size() << endl;

  myints.pop();
  cout << "2. size: " << (int) myints.size() << endl;

  return 0;
}
//output:

0. size: 0
1. size: 5
2. size: 4