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C++ STL 棧與隊列完整指南

編輯：關於C++

標準庫頭文件與基本定義

使用 stack 和 queue 需包含對應頭文件：

#include <stack>
#include <queue>

定義示例：

std::stack<int> stk;           // 整數棧
std::queue<int> q;             // 整數隊列
std::stack<std::string> s2;    // 字符串棧

棧（stack）核心操作

棧是「後進先出」（LIFO）容器適配器，默認底層容器為 deque。

成員函數	說明
`empty()`	棧為空返回 `true`，否則 `false`
`size()`	返回元素個數
`top()`	返回棧頂元素引用（不刪除）
`push(val)`	將 `val` 壓入棧頂
`pop()`	彈出棧頂元素（不返回值）

棧使用示例

#include <iostream>
#include <stack>
using namespace std;

int main() {
    stack<double> s;
    for (int i = 0; i < 10; ++i) s.push(i * 1.5);
    while (!s.empty()) {
        cout << s.top() << '\n';
        s.pop();
    }
    cout << "剩餘元素: " << s.size() << endl;
    return 0;
}

隊列（queue）核心操作

隊列是「先進先出」（FIFO）容器適配器，默認底層同為 deque。

成員函數	說明
`empty()`	隊列為空返回 `true`
`size()`	返回元素個數
`front()`	返回隊首元素引用
`back()`	返回隊尾元素引用
`push(val)`	在隊尾插入 `val`
`pop()`	刪除隊首元素（不返回值）

隊列使用示例

#include <iostream>
#include <queue>
using namespace std;

int main() {
    queue<string> q;
    q.push("first"); q.push("second"); q.push("third");
    while (!q.empty()) {
        cout << q.front() << ' ';  // 訪問隊首
        q.pop();
    }
    cout << endl;
    return 0;
}

優先隊列（priority_queue）

定義於 <queue>，元素按優先級出隊（默認大根堆，即最大元素先出）。

模板參數

template <class T, class Container = vector<T>, class Compare = less<T>>
class priority_queue;

T：元素類型（必需）
Container：底層容器（默認 vector）
Compare：比較函數對象（默認 less<T>，即大者優先）

常見定義方式

priority_queue<int> pq1;                                  // 大根堆
priority_queue<int, vector<int>, greater<int>> pq2;      // 小根堆
priority_queue<pair<int,int>> pq3;                       // pair 預設按 first 再 second 比較

自定義比較（以類為例）

struct Task {
    int id, pri;
    Task(int i, int p) : id(i), pri(p) {}
    // 重載 operator< 使優先級高者排在前面（大根堆）
    bool operator<(const Task& other) const {
        return pri < other.pri;  // pri 大者優先
    }
};

priority_queue<Task> pq;
pq.push(Task(1, 10));
pq.push(Task(2, 5));
while (!pq.empty()) {
    cout << pq.top().id << ':' << pq.top().pri << '\n';
    pq.pop();
}

棧的鏈式存儲實現（教學補充）

除 STL 外，理解棧的底層實現有助於掌握數據結構原理。以下是鏈式棧的核心代碼：

struct Node { int data; Node* next; };
class LinkStack {
    Node* top;
public:
    LinkStack() : top(nullptr) {}
    void push(int x) {
        Node* p = new Node{x, top};
        top = p;
    }
    int pop() {
        if (!top) throw "Stack empty";
        int val = top->data;
        Node* tmp = top;
        top = top->next;
        delete tmp;
        return val;
    }
    bool empty() const { return top == nullptr; }
};