不同容器上的 std::stack 实现有什么实际区别？答案

【问题标题】：std::stack implementation on different containers what is the actual difference?不同容器上的 std::stack 实现有什么实际区别？
【发布时间】：2020-07-22 21:13:37
【问题描述】：

当实现std::stack时

有几个选项，例如：

   // stack with default underlying deque
   std::stack< int > intDequeStack;   

   // stack with underlying vector
   std::stack< int, std::vector< int > > intVectorStack;

   // stack with underlying list
   std::stack< int, std::list< int > > intListStack;

定义std::stack 有哪些优点和缺点？在不同的容器上，当我从中得到的只是相同的操作“推送、弹出和顶部”？

换句话说：deque 堆栈与向量堆栈和列表堆栈之间有什么区别？为什么我要选择除 deque 以外的任何东西？

【问题讨论】：

你的前提有点破。 stack 有多个 push、pop 和 top。例如，它有一个成员c，它是底层容器。它是受保护的，所以如果你愿意，你可以随意摆弄它
忘记堆栈。向量、列表或双端队列在正常使用中的优势是什么？然后从堆栈的角度考虑它。
你让我很好奇，我该如何处理它，我真的应该这样做吗？

标签： c++ stl containers stdstack

【解决方案1】：

堆栈继承了底层容器的性能特征。

std::vector 对于最大大小可能不同的堆栈来说是一个糟糕的选择。堆栈上的每个push 都可能需要在向量中进行大量重新分配。除非明确要求，否则向量也永远不会缩小，因此如果堆栈变大然后缩小，则永远不会释放额外的内存（直到堆栈被销毁）。但是，向量与存储的数据之间只有一层间接性。

因此：如果您知道堆栈将达到的最大大小并且该大小相对较小，那么您在² 上调用的向量可能会是reserve()在所有情况下都比列表或双端队列更快；它具有非常好的数据局部性和更少的访问元素的间接级别。
std::list 是一个链表，因此堆栈在弹出¹ 时会有两级间接，并且它始终会使用它需要的内存量。 push 没有昂贵的重新分配，但它的数据局部性很差，因为每个节点都可以分配到堆中的任何位置；处理堆栈中的大量数据将无法有效地使用各种 CPU 内存缓存，因为每次弹出都可能需要跳转到堆中完全不同的位置。
std::deque 通过在一个结构（通常是一个链表）中维护一组短数组来结合两者的某些方面。因此，项目集群将具有良好的数据局部性，并且该结构可以按需增长和收缩而不会大惊小怪，因为数组永远不会重新分配——如果它需要更多空间，它会分配一个新数组并将其添加到开头/结构结束。它是向量和列表之间的一个很好的中间地带，这就是为什么它是默认的。

¹ 对数据有一级间接性，但是为了移除最后一个元素，链表需要对前一个节点进行另一次间接性以清除下一个指针。 p>

² 请注意，在构建容器时需要移动向量。复制向量不一定保留其容量。例如，您可以使用这个助手：

template <typename T>
std::stack<T, std::vector<T>> vector_stack(
    typename std::vector<T>::size_type capacity
) {
    std::vector<T> vec;
    vec.reserve(capacity);

    return std::stack<T, std::vector<T>>{std::move(vec)};
}

【讨论】：