C++ std::stack 详细使用指南

std::stack 是 C++ 标准模板库（STL）中的一个 容器适配器，基于其他序列容器（默认为 std::deque）实现，提供 后进先出（LIFO） 的数据结构。它适用于需要快速存取栈顶元素的场景，如函数调用管理、括号匹配、表达式求值等。

1. 基本特性

2. 头文件与声明

#include <stack>  // 必须包含此头文件

// 声明语法
std::stack<T> s;                          // 默认底层容器为 deque
std::stack<T, Container> s;               // 指定底层容器（如 vector/list）

• T：存储元素的类型。

• Container：满足序列容器要求的类型，需提供 push_back()、pop_back() 和 back() 方法。

3. 基本操作
(1) 栈顶与栈底操作

std::stack<int> s;

s.push(10);  // 栈顶插入元素
s.push(20);
s.push(30);

cout << s.top() << endl;  // 输出 30（栈顶元素）
cout << s.size() << endl; // 输出 3（元素数量）

(2) 元素增删

s.pop();  // 移除栈顶元素（不返回值）

if (!s.empty()) {
    int val = s.top();  // 安全访问栈顶元素
}

(3) 容量与状态

cout << "栈是否为空: " << (s.empty() ? "是" : "否") << endl;
cout << "栈大小: " << s.size() << endl;

4. 底层容器选择
std::stack 的性能和内存特性受底层容器影响：

示例：使用 std::vector 作为底层容器

std::stack<int, std::vector<int>> vec_stack;

vec_stack.push(100);
vec_stack.push(200);

5. 实际应用场景
(1) 括号匹配

#include <stack>
#include <string>

bool isBalanced(const std::string& expr) {
    std::stack<char> s;
    for (char ch : expr) {
        if (ch == '(' || ch == '{' || ch == '[') {
            s.push(ch);
        } else if (ch == ')' || ch == '}' || ch == ']') {
            if (s.empty()) return false;
            char top = s.top();
            if ((ch == ')' && top != '(') ||
                (ch == '}' && top != '{') ||
                (ch == ']' && top != '[')) {
                return false;
            }
            s.pop();
        }
    }
    return s.empty();
}

(2) 函数调用栈

// 模拟函数调用栈
std::stack<std::string> call_stack;

void funcA() {
    call_stack.push("funcA");
    funcB();
    call_stack.pop();
}

void funcB() {
    call_stack.push("funcB");
    // 执行操作
    call_stack.pop();
}

(3) 深度优先搜索（DFS）

std::stack<int> dfs_stack;
dfs_stack.push(1);  // 起始节点

while (!dfs_stack.empty()) {
    int node = dfs_stack.top();
    dfs_stack.pop();
    // 处理节点
    for (int neighbor : getNeighbors(node)) {
        dfs_stack.push(neighbor);
    }
}

6. 性能优化技巧

1. 预分配内存（适用于 std::vector 底层）：
   
   

2. std::stack<int, std::vector<int>> s;
   s.reserve(1000);  // 预分配空间，减少扩容开销

3. 避免频繁的 pop 和 push：  
   若需连续访问多个元素，建议先复制到其他容器（如 std::deque）。

4. 选择合适底层容器：  
   • 高频插入/删除 → std::list

   • 内存紧凑 → std::vector  

   • 默认平衡 → std::deque

7. 注意事项
• 空栈操作风险：调用 top() 或 pop() 前需检查 empty()，否则触发未定义行为。

• 不可遍历：std::stack 不提供迭代器，需通过循环弹出元素访问所有内容。

• 移动语义：C++11 后支持移动构造和赋值，提升性能：

std::stack<int> s1;
s1.push(10);
std::stack<int> s2 = std::move(s1);  // 移动而非拷贝

8. 与其他容器的对比

9. 总结
std::stack 是处理 后进先出场景 的高效工具，其核心优势在于：
• ✅ 简单易用，API 直观（push/pop/top）。

• ✅ 底层容器灵活，适应不同性能需求。

• ✅ 时间复杂度稳定，适合高频操作。

示例代码：

#include <iostream>
#include <stack>

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

    while (!s.empty()) {
        std::cout << s.top() << " ";  // 输出 3 2 1
        s.pop();
    }

    return 0;
}

通过合理使用 std::stack，可以高效解决需要栈式数据管理的实际问题。