来看看栈和队列不为人知的一面

栈与队列理论基础

我想栈和队列的原理大家应该很熟悉了，队列是先进先出，栈是先进后出。

如图所示：

栈与队列理论1

那么我这里再列出四个关于栈的问题，大家可以思考一下。以下是以 C++为例，使用其他编程语言的同学也对应思考一下，自己使用的编程语言里栈和队列是什么样的。

  1. C++中 stack 是容器么？
  2. 我们使用的 stack 是属于哪个版本的 STL？
  3. 我们使用的 STL 中 stack 是如何实现的？
  4. stack 提供迭代器来遍历 stack 空间么？

相信这四个问题并不那么好回答， 因为一些同学使用数据结构会停留在非常表面上的应用，稍稍往深一问，就会有好像懂，好像也不懂的感觉。

有的同学可能仅仅知道有栈和队列这么个数据结构，却不知道底层实现，也不清楚所使用栈和队列和 STL 是什么关系。

所以这里我再给大家扫一遍基础知识，

首先大家要知道 栈和队列是 STL（C++标准库）里面的两个数据结构。

C++标准库是有多个版本的，要知道我们使用的 STL 是哪个版本，才能知道对应的栈和队列的实现原理。

那么来介绍一下，三个最为普遍的 STL 版本：

  1. HP STL 其他版本的 C++ STL，一般是以 HP STL 为蓝本实现出来的，HP STL 是 C++ STL 的第一个实现版本，而且开放源代码。

  2. P.J.Plauger STL 由 P.J.Plauger 参照 HP STL 实现出来的，被 Visual C++编译器所采用，不是开源的。

  3. SGI STL 由 Silicon Graphics Computer Systems 公司参照 HP STL 实现，被 Linux 的 C++编译器 GCC 所采用，SGI STL 是开源软件，源码可读性甚高。

接下来介绍的栈和队列也是 SGI STL 里面的数据结构， 知道了使用版本，才知道对应的底层实现。

来说一说栈，栈先进后出，如图所示：

栈与队列理论2

栈提供 push 和 pop 等等接口，所有元素必须符合先进后出规则，所以栈不提供走访功能，也不提供迭代器(iterator)。 不像是 set 或者 map 提供迭代器 iterator 来遍历所有元素。

栈是以底层容器完成其所有的工作，对外提供统一的接口，底层容器是可插拔的（也就是说我们可以控制使用哪种容器来实现栈的功能）。

所以 STL 中栈往往不被归类为容器，而被归类为 container adapter（容器适配器）。

那么问题来了，STL 中栈是用什么容器实现的？

从下图中可以看出，栈的内部结构，栈的底层实现可以是 vector，deque，list 都是可以的， 主要就是数组和链表的底层实现。

栈与队列理论3

我们常用的 SGI STL，如果没有指定底层实现的话，默认是以 deque 为缺省情况下栈的底层结构。

deque 是一个双向队列，只要封住一段，只开通另一端就可以实现栈的逻辑了。

SGI STL 中 队列底层实现缺省情况下一样使用 deque 实现的。

我们也可以指定 vector 为栈的底层实现，初始化语句如下：

std::stack<int, std::vector<int> > third;  // 使用vector为底层容器的栈

刚刚讲过栈的特性，对应的队列的情况是一样的。

队列中先进先出的数据结构，同样不允许有遍历行为，不提供迭代器, SGI STL 中队列一样是以 deque 为缺省情况下的底部结构。

也可以指定 list 为起底层实现，初始化 queue 的语句如下：

std::queue<int, std::list<int>> third; // 定义以list为底层容器的队列

所以 STL 队列也不被归类为容器，而被归类为 container adapter（ 容器适配器）。

我这里讲的都是 C++ 语言中的情况， 使用其他语言的同学也要思考栈与队列的底层实现问题， 不要对数据结构的使用浅尝辄止，而要深挖其内部原理，才能夯实基础。

01. 数组理论基础