C++/C++11中std::stack的使用

栈stack 是一个容器适配器(container adaptor)类型，被特别设计用来运行于LIFO(Last-in First-out，后进先出)场景，在该场景中，只能从容器末尾添加和删除元素，其定义在stack头文件中。stack默认基于std::deque实现，也可以在std::list或std::vector之上实现。

stack 通常被实现为容器适配器，即使用一个特定容器类的封装对象作为它的底层容器。stack 提供了一系列成员函数用于操作它的元素，只能从容器”后面”压进(Push)元素或从容器”后面”提取(Pop)元素。容器中的”后面”位置也被称为”栈顶”。用来实现栈的底层容器必须满足顺序容器的所有必要条件。同时，它还必须提供以下语义的成员函数：back()、push_back()​、pop_back()。满足上述条件的标准容器有 std::vector、std::deque 及 std::list，如果未特别指定 stack 的底层容器，标准容器 std::deque 将被使用。

Stacks are a type of container adaptor, specifically designed to operate in a LIFO context(last-in first-out), where elements are inserted and extracted only from one end of the container.

stacks are implemented as containers adaptors, which are classes that use an encapsulated object of a specific container class as its underlying container,providing a specific set of member functions to access its elements. Elements are pushed/popped from the "back" of the specific container, which is known as the top of the stack.

一个容器就是一些特定类型对象的集合。顺序容器(sequential container)为程序员提供了控制元素存储和访问顺序的能力。这种顺序不依赖于元素的值，而是与元素加入容器时的位置相对应。

标准库中的顺序容器包括：

(1)、vector：可变大小数组。支持快速随机访问。在尾部之外的位置插入或删除元素可能很慢。

(2)、deque：双端队列。支持快速随机访问。在头尾位置插入/删除速度很快。

(3)、list：双向链表。只支持双向顺序访问。在list中任何位置进行插入/删除操作速度都很快。

(4)、forward_list：单向链表。只支持单向顺序访问。在链表任何位置进行插入/删除操作速度都很快。

(5)、array：固定大小数组。支持快速随机访问。不能添加或删除元素。

(6)、string：与vector相似的容器，但专门用于保存字符。随机访问快。在尾部插入/删除速度快。

除了固定大小的array外，其它容器都提供高效、灵活的内存管理。我们可以添加和删除元素，扩张和收缩容器的大小。容器保存元素的策略对容器操作的效率有着固定的，有时是重大的影响。在某些情况下，存储策略还会影响特定容器是否支持特定操作。

例如，string和vector将元素保存在连续的内存空间中。由于元素是连续存储的，由元素的下标来计算其地址是非常快速的。但是，在这两种容器的中间位置添加或删除元素就会非常耗时：在一次插入或删除操作后，需要移动插入/删除位置之后的所有元素，来保持连续存储。而且，添加一个元素有时可能还需要分配额外的存储空间。在这种情况下，每个元素都必须移动到新的存储空间中。

list和forward_list两个容器的设计目的是令容器任何位置的添加和删除操作都很快速。作为代价，这两个容器不支持元素的随机访问：为了访问一个元素，我们只能遍历整个容器。而且，与vector、deque和array相比，这两个容器的额外内存开销也很大。

deque是一个更为复杂的数据结构。与string和vector类似，deque支持快速的随机访问。与string和vector一样，在deque的中间位置添加或删除元素的代价(可能)很高。但是，在deque的两端添加或删除元素都是很快的，与list或forward_list添加删除元素的速度相当。

forward_list和array是新C++标准增加的类型。与内置数组相比，array是一个种更安全、更容易使用的数组类型。与内置数组类似，array对象的大小是固定的。因此，array不支持添加和删除元素以及改变容器大小的操作。forward_list的设计目标是达到与最好的手写的单向链表数据结构相当的性能。因此，forward_list没有size操作，因为保存或计算其大小就会比手写链表多出额外的开销。对其他容器而言，size保证是一个快速的常量时间的操作。

通常，使用vector是最好的选择，除法你有很好的理由选择其他容器。

以下是一些选择容器的基本原则：

(1)、除法你有很好的理由选择其他容器，否则应该使用vector；

(2)、如果你的程序有很多小的元素，且空间的额外开销很重要，则不要使用list或forward_list；

(3)、如果程序要求随机访问元素，应使用vector或deque；

(4)、如果程序要求在容器的中间插入或删除元素，应使用list或forward_list；

(5)、如果程序需要在头尾位置插入或删除元素，但不会在中间位置进行插入或删除操作，则使用deque；

(6)、如果程序只有在读取输入时才需要在容器中间位置插入元素，随后需要随机访问元素，则：首先，确定是否真的需要在容器中间位置添加元素。当处理输入数据时， 通常可以很容器地向vector追加数据，然后再调用标准库的sort函数来重排容器中的元素，从而避免在中间位置添加元素。如果必须在中间位置插入元素，考虑在输入阶段使用list，一旦输入完成，将list中的内容拷贝到一个vector中。

如果你不确定应该使用哪种容器，那么可以在程序中只使用vector和list公共的操作：使用迭代器，不使用下标操作，避免随机访问。这样，在必要时选择使用vector或list都很方便。

一般来说，每个容器都定义在一个头文件中，文件名与类型名相同。即，deque定义在头文件deque中，list定义在头文件list中，以此类推。容器均定义为模板类。

顺序容器几乎可以保存任意类型的元素。特别是，我们可以定义一个容器，其元素的类型是另一个容器。这种容器的定义与任何其他容器类型完全一样：在尖括号中指定元素类型(此种情况下，是另一种容器类型)。

除了顺序容器外，标准库还定义了三个顺序容器适配器：stack、queue和priority_queue。适配器(adaptor)是标准库中的一个通用概念。容器、迭代器和函数都有适配器。本质上，一个适配器是一种机制，能使某种事物的行为看起来像另外一种事物一样。一个容器适配器接受一种已有的容器类型，使其行为看起来像一种不同的类型。

下面是从其他文章中copy的测试代码，详细内容介绍可以参考对应的reference：

#include "stack.hpp"
#include <iostream>
#include <stack>
#include <vector>
#include <deque>
#include <list>
#include <string>// https://msdn.microsoft.com/en-us/library/56fa1zk5.aspx
int test_stack_2()
{using namespace std;// Declares stack with default deque base container  stack <char> dsc1;//Explicitly declares a stack with deque base container  stack <char, deque<char> > dsc2;// Declares a stack with vector base containers  stack <int, vector<int> > vsi1;// Declares a stack with list base container  stack <int, list<int> > lsi;// The second member function copies elements from a container  vector<int> v1;v1.push_back(1);stack <int, vector<int> > vsi2(v1);cout << "The element at the top of stack vsi2 is "<< vsi2.top() << "." << endl;return 0;
}///
// reference: http://www.cplusplus.com/reference/stack/stack/
int test_stack_1()
{
{ // stack::stack: Constructs a stack container adaptor objectstd::deque<int> mydeque(3, 100);          // deque with 3 elementsstd::vector<int> myvector(2, 200);        // vector with 2 elementsstd::stack<int> first;                    // empty stackstd::stack<int> second(mydeque);         // stack initialized to copy of dequestd::stack<int, std::vector<int> > third;  // empty stack using vectorstd::stack<int, std::vector<int> > fourth(myvector);std::cout << "size of first: " << first.size() << '\n';std::cout << "size of second: " << second.size() << '\n';std::cout << "size of third: " << third.size() << '\n';std::cout << "size of fourth: " << fourth.size() << '\n';
}{ // stack::emplace: c++11, Adds a new element at the top of the stack, above its current top element.// This new element is constructed in place passing args as the arguments for its constructorstd::stack<std::string> mystack;mystack.emplace("First sentence");mystack.emplace("Second sentence");std::cout << "mystack contains:\n";while (!mystack.empty()) {std::cout << mystack.top() << '\n';mystack.pop();}
}{ // stack::empty: Returns whether the stack is empty: i.e. whether its size is zero// stack::pop: Removes the element on top of the stack, effectively reducing its size by one// stack::push: Inserts a new element at the top of the stack, above its current top element.// The content of this new element is initialized to a copy of val.std::stack<int> mystack;int sum(0);for (int i = 1; i <= 10; i++) mystack.push(i);while (!mystack.empty()) {sum += mystack.top();mystack.pop();}std::cout << "total: " << sum << '\n';
}{ // stack::size: Returns the number of elements in the stack.std::stack<int> myints;std::cout << "0. size: " << myints.size() << '\n';for (int i = 0; i < 5; i++) myints.push(i);std::cout << "1. size: " << myints.size() << '\n';myints.pop();std::cout << "2. size: " << myints.size() << '\n';
}{ // stack::swap: Exchanges the contents of the container adaptor (*this) by those of x.std::stack<int> foo, bar;foo.push(10); foo.push(20); foo.push(30);bar.push(111); bar.push(222);foo.swap(bar);// std::swap(foo, bar);std::cout << "size of foo: " << foo.size() << '\n';std::cout << "size of bar: " << bar.size() << '\n';
}{ // stack::top: Returns a reference to the top element in the stack. std::stack<int> mystack;mystack.push(10);mystack.push(20);mystack.top() -= 5;std::cout << "mystack.top() is now " << mystack.top() << '\n';
}return 0;
}

GitHub： https://github.com/fengbingchun/Messy_Test