std::stack в C++: полное руководство с практическими примерами

Что такое std::stack?

std::stack — адаптер контейнера, реализующий принцип LIFO (Last In, First Out — последний пришёл, первый ушёл). Он позволяет вставку и удаление элементов только с одного конца — вершины. По умолчанию в качестве базового контейнера используется std::deque, но можно указать любой последовательный контейнер (например, std::vector или std::list).

Адаптеры контейнеров не предоставляют итераторов, поэтому напрямую обойти стек нельзя. Взаимодействие происходит через функции-члены.

Цели обучения

• Определить std::stack и понять его LIFO-поведение
• Выучить синтаксис объявления стека
• Изучить типы-члены и ключевые операции
• Разобрать push, pop, top, empty, size, emplace, swap
• Реализовать стек в стандартной библиотеке шаблонов (STL)

Синтаксис

Подключите заголовочный файл <stack> и объявите стек шаблоном:

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

• T — тип элементов; любой допустимый тип C++, включая пользовательские классы.
• Container — базовый контейнер; по умолчанию std::deque.

Типы-члены

• value_type — тип элемента T.
• container_type — тип базового контейнера.
• size_type — беззнаковый целый для размера контейнера.

Основные операции

• push() — добавить элемент на вершину.
• pop() — удалить верхний элемент.
• top() — доступ к вершине без удаления.
• empty() — проверка на пустоту.
• size() — количество элементов.
• emplace() — конструирует и вставляет элемент прямо на вершине.
• swap() — обменивает содержимое с другим стеком.

Обзор реализации

Ниже — визуальное представление операций стека (вершина отмечена стрелкой).

push() и pop()

Метод push() добавляет новый элемент, увеличивая размер на 1:

stack.push(value);

Метод pop() удаляет верхний элемент и уменьшает размер:

stack.pop();

Пример 1: Базовая манипуляция стеком

#include <iostream>
#include <stack>
using namespace std;
int main() {
    stack<int> st;
    st.push(10);
    st.push(20);
    st.push(30);
    st.push(40);
    st.pop(); // удаляет 40
    st.pop(); // удаляет 30
    while (!st.empty()) {
        cout << ' ' << st.top();
        st.pop();
    }
    return 0;
}

Вывод: 20 10

empty(), size(), top()

Эти утилиты дают быструю информацию о состоянии стека.

Пример 2: Инспекция состояния стека

#include <iostream>
#include <stack>
using namespace std;
void display(stack<int> s) {
    while (!s.empty()) {
        cout << '\t' << s.top();
        s.pop();
    }
    cout << '\n';
}
int main() {
    stack<int> st;
    st.push(32);
    st.push(21);
    st.push(39);
    st.push(89);
    st.push(25);
    cout << "The stack st is: ";
    display(st);
    cout << "\n st.size() : " << st.size();
    cout << "\n st.top() : " << st.top();
    st.pop();
    cout << "\n st after pop: ";
    display(st);
    return 0;
}

Вывод: показывает содержимое стека, размер, верхний элемент и состояние после pop.

emplace() и swap()

• emplace() конструирует элемент на месте, избегая лишнего копирования.
• swap() эффективно обменивает содержимое двух стеков.

Пример 3: Использование emplace() и swap()

#include <iostream>
#include <stack>
using namespace std;
int main() {
    stack<int> st1, st2;
    st1.emplace(12);
    st1.emplace(19);
    st2.emplace(20);
    st2.emplace(23);
    st1.swap(st2);
    cout << "st1 = ";
    while (!st1.empty()) {
        cout << st1.top() << " ";
        st1.pop();
    }
    cout << endl << "st2 = ";
    while (!st2.empty()) {
        cout << st2.top() << " ";
        st2.pop();
    }
}

Вывод: демонстрирует содержимое стеков до и после обмена.

Использование std::stack в STL

Реализовать стек одной строкой:

std::stack<T> st;

Пример:

#include <iostream>
#include <stack>
using namespace std;
int main() {
    stack<int> st;
    st.push(12);
    st.push(19);
    st.push(20);
    cout << st.top(); // 20
    cout << st.size(); // 3
    return 0;
}

Резюме

• std::stack реализует LIFO и даёт доступ только к вершинному элементу.
• Это адаптер контейнера; базовый контейнер по умолчанию std::deque, но может быть настроен.
• Основные функции: push, pop, top, empty, size, emplace, swap.
• Стек — лёгкий, эффективный инструмент для сценариев, требующих временного хранения элементов.