一、总体概览

类型	所属类别	底层实现（默认）	访问模式	特点
stack	容器适配器	deque	LIFO（后进先出）	只在一端（栈顶）操作
queue	容器适配器	deque	FIFO（先进先出）	队尾插入、队头删除
list	序列容器	双向链表	双向顺序访问	任意位置高效插入/删除，不支持随机访问

注：stack 和 queue 属于容器适配器，它们通过封装底层容器（默认 deque）来提供特定的接口。
而 list 是独立的容器，直接管理内存。

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二、区别与联系

1. 区别

特性	stack	queue	list
元素访问	只能访问栈顶 top()	只能访问队头 front() 和队尾 back()	双向迭代，可用 begin()/end() 遍历所有元素
插入操作	push()（只从顶部）	push()（只从尾部）	push_front() / push_back() / insert()
删除操作	pop()（只从顶部）	pop()（只从头部）	pop_front() / pop_back() / erase()
随机访问	❌ 不支持	❌ 不支持	❌ 不支持（但可用迭代器遍历）
底层结构	默认 deque，也可用 vector/list	默认 deque，也可用 list	双向链表
迭代器支持	❌ 无迭代器	❌ 无迭代器	✅ 双向迭代器
常用场景	深度优先搜索、表达式求值	广度优先搜索、任务队列	需要频繁中间插入/删除的序列

2. 联系

• 三者都位于 <stack>、<queue>、<list> 头文件中。

• 都是模板类，可存储任意类型元素。

• 都提供 empty()、size() 成员函数。

• stack 和 queue 可以基于 list 实现：stack<int, list<int>>。

• 三者都不支持随机访问迭代器。

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三、stack 详解

定义

#include <stack>
std::stack<T, Container> s;   // Container 默认 deque<T>

常用接口

函数	说明	返回值
push(const T& val)	将 val 压入栈顶	void
pop()	弹出栈顶元素（无返回值）	void
top()	返回栈顶元素的引用	T& / const T&
empty()	判断栈是否为空	bool
size()	返回栈中元素个数	size_type

示例

std::stack<int> st;
st.push(1);
st.push(2);
int top = st.top(); // 2
st.pop();           // 弹出2

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四、queue 详解

定义

#include <queue>
std::queue<T, Container> q;   // Container 默认 deque<T>

常用接口

函数	说明	返回值
push(const T& val)	将 val 放入队尾	void
pop()	弹出队头元素（无返回值）	void
front()	返回队头元素的引用	T& / const T&
back()	返回队尾元素的引用	T& / const T&
empty()	判断队列是否为空	bool
size()	返回队列中元素个数	size_type

示例

std::queue<int> q;
q.push(1);
q.push(2);
int front = q.front(); // 1
int back = q.back();   // 2
q.pop();               // 移除1

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五、list 详解

定义

#include <list>
std::list<T> lst;

常用接口（按功能分组）

1. 迭代器（遍历用）

函数	说明
begin() / end()	正向迭代器
rbegin() / rend()	反向迭代器
cbegin() / cend()	const 正向迭代器

2. 容量

函数	说明
empty()	是否为空
size()	元素个数

3. 访问（仅支持首尾直接访问）

函数	说明
front()	返回第一个元素的引用
back()	返回最后一个元素的引用

4. 插入与删除

函数	说明
push_front(const T& val)	头部插入
pop_front()	删除头部元素
push_back(const T& val)	尾部插入
pop_back()	删除尾部元素
insert(pos, val)	在迭代器 pos 位置插入 val（支持多个重载）
erase(pos) / erase(first, last)	删除一个或一段元素
clear()	清空所有元素

5. 特殊操作（链表特有）

函数	说明
splice(pos, other)	将另一个 list 的元素移动到 pos 前
remove(const T& val)	删除所有等于 val 的元素
remove_if(predicate)	删除满足条件的元素
unique()	删除连续的重复元素（需先排序）
merge(other)	合并两个已排序的 list
sort()	对元素排序（不支持 std::sort，用自己的成员函数）
reverse()	反转链表

示例

std::list<int> lst = {1, 2, 3, 2, 4};
lst.push_front(0);          // 0,1,2,3,2,4
lst.remove(2);              // 删除所有2 -> 0,1,3,4
lst.sort();                 // 0,1,3,4
lst.reverse();              // 4,3,1,0

// 用迭代器遍历
for (auto it = lst.begin(); it != lst.end(); ++it) {
    std::cout << *it << " ";
}

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六、使用建议与注意事项

1. 需要 LIFO 行为 → stack
   需要 FIFO 行为 → queue
   需要任意位置插入删除，或需要双向迭代 → list

2. stack 和 queue 不提供迭代器，因此不能遍历内部元素（除非通过 pop 逐个取出）。

3. list 的插入/删除不会使迭代器失效（除了指向被删除元素的迭代器），这是它相对于 vector 的一大优势。

4. 若想要随机访问，应使用 vector 或 deque，而非 list。

5. 三者都支持自定义底层容器，例如：

   std::stack<int, std::vector<int>> st;   // 基于 vector
   std::queue<int, std::list<int>> q;      // 基于 list

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七、总结表格

操作	stack	queue	list
头部插入	❌	❌	✅ push_front
尾部插入	✅ push	✅ push	✅ push_back
中间插入	❌	❌	✅ insert
头部删除	❌	✅ pop	✅ pop_front
尾部删除	✅ pop	❌	✅ pop_back
访问任意位置	❌	❌	❌ (需迭代器)
访问首元素	❌	✅ front	✅ front
访问末元素	✅ top	✅ back	✅ back
遍历所有元素	❌	❌	✅ 迭代器
是否适配器	✅	✅	❌