【C++指南】STL stack 完全解读（一）：从入门到掌握基础操作

.

💓 博客主页：倔强的石头的CSDN主页
📝Gitee主页：倔强的石头的gitee主页
⏩ 文章专栏：《C++指南》
期待您的关注

文章目录

• • 引言
  • 一、C++ STL stack全景解析
  • • 1.1 容器适配器的本质
    • 1.2 核心价值剖析
  • 二、stack核心操作深度解读
  • • 2.1 基础操作矩阵
    • 2.2 实战代码演练
    • • 示例1：基础操作全流程
      • 示例2：经典括号匹配算法
  • 三、进阶应用场景
  • • 3.1 表达式求值
    • 3.2 函数调用栈
    • 3.3 算法优化
  • 结语

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。

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

1. 接口简洁性：通过有限的接口规范操作，避免误用
2. 类型安全性：模板机制保证元素类型统一
3. 内存安全性：自动管理内存生命周期
4. 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 #include 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truestd::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。