数据结构与算法(C++版)：表、栈和队列

前言

本系列博客为学习数据结构与算法过程中的原创笔记，其中代码实现基于C++语言。

STL中的向量和表

在C++语言的库中包含有公共数据结构的实现，这就是众所周知的标准模版库（Standard Template Library, STL）。表就是STL实现的数据结构之一。

表有两个流行的实现。

vector给出了表的可增长的数组实现。使用vector的优点是长度可自由控制，且在常量的时间里是可索引的。缺点是插入和删除操作的代价是昂贵的，除非操作发生在vector的末尾。

list提供了表的双向链表实现。

使用list的优点是， 如果变化发生的位置已知的话， 插入新项和删除已有项的代价是很小的。

缺点是list不容易索引。

vector和list两者在查找时效率都很低。此类型的数据结构，都有公共的方法，下述的前三个方法事实上对所有的STL容器都适用。

int size() const：返回容器内的元素个数。

void clear()：删除容器内所有元素。

bool empty()：如果容器为空返回true，否则返回false。

vector和list都支持在表的末尾进行访问和操作。

void push_back( const Object & x )：在表的末尾添加x。

void pop_back()：删除表的末尾对象。

const Object & back() const：返回表的末尾的对象。

const Object & front() const：返回表的末尾的对象。

双向链表允许在表的前端进行高效的改变，下面方法只对list有效。

void push_front( const Object & x): 在list的前端添加x。

void pop_front( ): 在list的前端删除对象。

vector也有list所不具有的特有的方法。 有两个方法可以进行高效的索引。 另外两个方法允许程序员观察和改变vector的内部容量。

Object & operator[] (int idx): 返 回vector中idx索引位置的对象， 不包含边界检

测（ 也提供返回常量引用的访问函数）。

Object & at ( int idx ): 返 回vector中idx索引位置的对象， 包含边界检测（ 也提供返回常量引用的访问函数）。

int capacity( ) const： 返回vector的内部容量。

void reserve( int new Capacity ): 设 定vector的新容量。 如果己有良好的估计的话， 这可以避免对vector进行扩展。

迭代器

迭代器是一种检查容器内元素并遍历元素的数据类型。可以替代下标访问vector对象的元素。

迭代器通过iterator给出。例如，对于list<string>，定义为list<string>::iterator，对与vector<int>，定义为vector<int>::iterator。

以下列举迭代器一些相关的方法和操作。

iterator begin()：返回指向容器的第一项的迭代器。

iterator end()：返回指向容器的终止标志的迭代器（容器最后一项后面的位置）。

iter++和++iter：推进迭代器至下一个位置。

*iter：返回存储在迭代器iter指定位置的对象的引用。

下述代码列举了一个简单的对vector进行迭代器操作的使用。

#include <iostream>
#include <vector>

using namespace std;

int main()
{
vector<int> data1 = {1, 2, 4, 6, 8}, data2; //定义data1, data2并初始化data1
vector<int>::iterator iter; //定义迭代器
cout << "data1 =";
for(iter = data1.begin(); iter != data1.end(); iter++) //迭代器的循环条件
{
cout << " " << *iter; //输出data1
data2.push_back(*iter); //向data2写数据
data2.push_back((*iter) * 2);
}
cout << endl << "data2 =";
for(iter = data2.begin(); iter != data2.end(); iter++)
{
cout << " " << *iter;
}
cout << endl;
return 0;
}

栈

栈（stack）是限制插入和删除操作只能在一个位置上的表，这个位置是表的末端，称作栈的顶（top），栈顶元素是唯一可见（可访问）的元素。栈的基本操作有push（进栈）和pop（出栈）两种。栈有时又被称作LIFO（后进先出）表。

栈的实现比较简单，此处不再详细介绍。

在C++的STL中，对栈进行了封装，加入头文件#include <stack>即可调用，其共有五个常用操作函数top()、push()、pop()、size()和empty()，STL中栈的操作如下：

stack<Elemtype > StackElem 创建一个空的stack对象

StackElem.top() 返回栈顶数据。

StackElem.push(elem) elem入栈

StackElem.pop() 弹出栈顶元素（出栈）

StackElem.size() 返回栈中数据的个数

StackElem.empty() 判断栈是否为空

下面代码是一个简单的栈的使用范例，包含上述所有函数。

#include <iostream>
#include <list>
#include <stack>

using namespace std;

int main()
{
/*
* stack不是一种数据结构，是一种容器适配器（container adapter），
* 因此它需要一个基础的容器来存储，这个容器可以是vector, deque,list
* 等标准容器，未指定时默认是deque。
*/
stack<string> stackTest; //定义栈stackTest存储数据类型为string
string words;
for(int i = 0; i < 5; i++)
{
cin >> words;
stackTest.push(words); //words入栈
}
cout << stackTest.size() << endl; //输出栈元素个数
while(!stackTest.empty()) //栈是否为空
{
cout << stackTest.top() << " "; //输出栈顶元素
stackTest.pop(); //出栈
}
cout << endl;
return 0;
}

队列

队列（queue）也是以表存储数据，但只允许从表的两端访问元素，而且限定从表的一端读入数据，从另一端读出数据。队列跟栈类似，没有迭代器，不能遍历，跟栈不同的地方是它属于FIFO（先进先出）表。

queue的实现也是基于list，本文主要讲用法，因此不再介绍具体实现，可参考《STL源码剖析》一书。

在C++的STL中，同时也对queue进行了封装，加入头文件#include <queue>即可调用，其共有五个常用操作函数front()、back()、push()、pop()、size()和empty()，与栈的常用函数类似。STL中queue的操作如下：

queue<Elemtype > queueElem 创建一个空的queue对象

queueElem.front() 返回队列头部数据

queueElem.back() 返回队列尾部数据

queueElem.push(elem) 向队列尾部添加数据elem

queueElem.pop() 队列头部数据出队

queueElem.size() 返回队列中数据的个数

queueElem.empty() 判断队列是否为空

下面代码是一个简单的队列的使用范例，包含上述所有函数。

#include <iostream>
#include <queue>
#include <list>

using namespace std;

int main()
{
queue<string, list<string> > queueTest; //跟栈一样，此处用list存储
string words;
for(int i = 0; i < 5; i++)
{
cin >> words;
queueTest.push(words); //队首入队
}
cout << queueTest.size() << " " << queueTest.back() <<endl; //输出队列长度和队尾元素
while(!queueTest.empty())
{
cout << queueTest.front() << " " << endl; //输出队首元素
queueTest.pop(); //出队
}

return 0;
}

如你所见，本文只是简单的介绍了表，vector，栈和队列，而且并没有详细介绍各自的实现，只是借助STL介绍了他们的一些基础用法，希望对你有所帮助。