C++ stack容器适配器详解

在 C++ 中，容器适配器是一种特殊的容器类，它实际上不是自己存储数据，而是依赖于其它的容器，例如 vector、list、deque 等。

简单理解，容器适配器就是对现有容器进行了一次封装（包装），在容器的使用上做了更严格的规定，又或者进行了扩展。

本节要讲的 stack 就是 C++ 标准库提供的一个容器适配器。默认情况下，stack 底层使用的是 deque 容器，deque 容器允许从两端插入、删除元素，且提供了迭代器可以遍历元素；stack 只允许从一端插入、删除元素，它没有提供迭代器，不支持直接遍历元素。

stack容器适配器的创建

stack 本质是一个模板类，定义在<stack>头文件中。

默认情况下，stack 底层是用 deque 实现的：

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

可以看到 template 的第二个参数 Container 默认指定的是 deque。除了 deque 之外，stack 的底层还可以指定用 vector 和 list 容器实现。

构造 stack 容器的方式有多种，包括：

1) 创建一个不包含任何元素的 stack 适配器，并采用默认的 deque 基础容器：

std::stack<int> values;

上面这行代码，就成功创建了一个可存储 int 类型元素，底层采用 deque 基础容器的 stack 适配器。

2) 上面提到，stack<T,Container=deque<T>> 模板类提供了 2 个参数，通过指定第二个模板类型参数，我们可以指定 vector 或者 list 作为 stack 的底层容器。

std::stack<std::string, std::list<int>> values;

3) 可以用一个基础容器来初始化 stack 适配器，只要该容器的类型和 stack 底层使用的基础容器类型相同即可。例如：

std::list<int> values {1, 2, 3};
std::stack<int,std::list<int>> my_stack (values);

注意，初始化后的 my_stack 适配器中，栈顶元素为 3，而不是 1。另外在第 2 行代码中，stack 第 2 个模板参数必须显式指定为 list<int>（必须为 int 类型，和存储类型保持一致），否则 stack 底层将默认使用 deque 容器，也就无法用 lsit 容器的内容来初始化 stack 适配器。

4) 还可以用一个 stack 适配器来初始化另一个 stack 适配器，只要它们存储的元素类型以及底层采用的基础容器类型相同即可。例如：

std::list<int> values{ 1, 2, 3 };
std::stack<int, std::list<int>> my_stack1(values);
std::stack<int, std::list<int>> my_stack=my_stack1;
//std::stack<int, std::list<int>> my_stack(my_stack1);

可以看到，和使用基础容器不同，使用 stack 适配器给另一个 stack 进行初始化时，有 2 种方式，使用哪一种都可以。

注意，第 3、4 种初始化方法中，my_stack 适配器的数据是经过拷贝得来的，也就是说，操作 my_stack 适配器，并不会对 values 容器以及 my_stack1 适配器有任何影响。

stack容器适配器的使用

stack 容器不提供迭代器，任何元素的进出都必须符合先进后出的规则，每次只能使用栈顶元素，而且也没有办法遍历整个容器中的内容。

下表列出了操作 stack 容器的常用成员函数。

表 1 stack容器适配器支持的成员函数

成员函数	功能
empty()	当 stack 栈中没有元素时，该成员函数返回 true；反之，返回 false。
size()	返回 stack 栈中存储元素的个数。
top()	返回一个栈顶元素的引用，类型为 T&。如果栈为空，程序会报错。
push(const T& val)	先复制 val，再将 val 副本压入栈顶。这是通过调用底层容器的 push_back() 函数完成的。
push(T&& obj)	以移动元素的方式将其压入栈顶。这是通过调用底层容器的有右值引用参数的 push_back() 函数完成的。
pop()	弹出栈顶元素。
emplace(arg...)	arg... 可以是一个参数，也可以是多个参数，但它们都只用于构造一个对象，并在栈顶直接生成该对象，作为新的栈顶元素。
swap(stack<T> & other_stack)	将两个 stack 适配器中的元素进行互换，需要注意的是，进行互换的 2 个 stack 适配器中存储的元素类型以及底层采用的基础容器类型，都必须相同。

下面的 C++ 程序演示了表中部分成员函数的用法：

#include <iostream>
#include <stack>

int main() {
    std::stack<int> s;
    s.push(1); // 添加元素
    s.push(2);
    s.push(3);

    int x = s.top(); // 访问顶部元素（不删除）
    std::cout << x << std::endl; // 输出3

    s.pop(); // 删除顶部元素

    bool isEmpty = s.empty(); // 检查stack是否为空
    std::cout << std::boolalpha << isEmpty << std::endl; // 输出false
    return 0;
}

运行结果为：

3
false

总结

容器适配器提供了一种非常有效的方式来限制或扩展基础容器（vector、list、deque 等）的功能。

和 vector、list、deque 容器相比，stack 容器对它们的用法做了限制，元素的进出必须符合先进后出的规则，每次只能使用栈顶元素，而且也没有办法遍历整个容器中的内容。