【C++指南】STL stack 完全解读（一）：从入门到掌握基础操作-EW帮帮网

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引言

作为线性数据结构的经典代表，栈（stack）以其独特的后进先出（LIFO）特性，在函数调用、表达式求值、括号匹配等场景中扮演着关键角色。
在这里插入图片描述

本文将深入解析C++ STL中的stack容器适配器，通过理论讲解与实战代码演示，帮助读者掌握这一重要工具的使用精髓。
本篇不仅适合初窥门径的新手，也能为经验丰富的开发者提供新的视角。

关于栈的结构的详细介绍，可以参考我之前写的一篇用C语言手搓栈的讲解文章
👇
【数据结构与算法】使用数组实现栈：原理、步骤与应用

一、C++ STL stack全景解析

1.1 容器适配器的本质

stack并非独立的容器，而是构建于其他序列容器之上的容器适配器。默认情况下，它使用deque作为底层容器，这种设计使其具有以下显著特点：

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

访问约束性：仅允许通过栈顶（top）进行元素操作
操作高效性：所有操作的时间复杂度均为O(1)
容器可置换性：支持替换底层容器为vector或list

1.2 核心价值剖析

接口简洁性：通过有限的接口规范操作，避免误用
类型安全性：模板机制保证元素类型统一
内存安全性：自动管理内存生命周期
算法适配性：天然适合需要LIFO特性的算法场景

二、stack核心操作深度解读

2.1 基础操作矩阵

操作	语法	时间复杂度	说明
压栈	push(const T& val)	O(1)	添加元素到栈顶
弹栈	pop()	O(1)	移除栈顶元素
访问栈顶	top()	O(1)	返回栈顶元素的引用
判空检测	empty()	O(1)	判断栈是否为空
容量查询	size()	O(1)	返回当前元素数量

2.2 实战代码演练

示例1：基础操作全流程

#include <iostream>
#include <stack>

int main() {
    std::stack<int> s;
    
    // 压栈操作
    s.push(10);  // 栈底 -> [10]
    s.push(20);  //        [10, 20]
    s.push(30);  // 栈顶 -> [10, 20, 30]

    // 访问栈顶
    std::cout << "Top element: " << s.top() << std::endl;  // 输出30

    // 弹栈操作
    s.pop();  // 移除30
    s.pop();  // 移除20

    // 判空检测
    if (!s.empty()) {
        std::cout << "Stack size: " << s.size() << std::endl;  // 输出1
    }

    return 0;
}

示例2：经典括号匹配算法

bool isBalanced(const std::string& expr) {
    std::stack<char> s;
    std::unordered_map<char, char> mapping = {
        {')', '('}, 
        {']', '['}, 
        {'}', '{'}
    };

    for (char ch : expr) {
        if (mapping.count(ch)) {
            if (s.empty() || s.top() != mapping[ch]) 
                return false;
            s.pop();
        } else {
            s.push(ch);
        }
    }
    return s.empty();
}

// 测试用例
std::cout << std::boolalpha;
std::cout << isBalanced("({[]})") << std::endl;  // 输出true
std::cout << isBalanced("([)]") << std::endl;    // 输出false

三、进阶应用场景

3.1 表达式求值

栈在处理中缀表达式转后缀表达式（逆波兰表示法）时表现卓越：

std::string infixToPostfix(const std::string& infix) {
    std::stack<char> op_stack;
    std::string postfix;
    // ... 转换逻辑（运算符优先级处理）
    return postfix;
}

关于逆波兰表达式的实践，单独写了一篇文章来讲解
【C++经典例题】逆波兰表达式求值：栈的经典应用与实现详解

3.2 函数调用栈

编译器使用调用栈管理函数调用关系：

void funcA() {
    funcB();  // 压入调用栈
}

void funcB() {
    // 返回时自动弹栈
}

3.3 算法优化

在深度优先搜索（DFS）中，栈可替代递归实现：

void dfs(Node* root) {
    std::stack<Node*> s;
    s.push(root);
    
    while (!s.empty()) {
        Node* current = s.top();
        s.pop();
        // 处理节点
        for (auto child : current->children) {
            s.push(child);
        }
    }
}

结语

通过对STL stack的系统性学习，我们不仅掌握了其基本操作，更领略了其在算法设计中的精妙应用。然而，这仅仅是冰山一角——stack的真正魅力在于其精巧的底层实现。
在下一篇文章中，我们将揭开stack的神秘面纱，深入探讨其底层容器选择策略，并手把手指导实现自定义栈结构。届时，您将真正理解STL设计者的智慧结晶，并能够根据特定需求优化栈的实现。

下篇预告：《解剖STL stack：从底层实现到自定义栈设计》——深入STL源码，解析deque的适配机制，并实现支持动态扩容的安全栈结构。

【C++指南】STL stack 完全解读（一）：从入门到掌握基础操作