STL模板中的队列与栈详解

# 1. STL简介
## 1.1 STL（标准模板库）概述
STL（Standard Template Library）是C++标准库的一个重要组成部分，它提供了一套丰富的模板类和算法，可以大大提高C++程序的开发效率和运行性能。STL包含了容器（Container）、算法（Algorithm）和迭代器（Iterator）三个重要组件。

## 1.2 STL中的容器、算法和迭代器
### 1.2.1 容器
容器是STL中用于存储和管理数据的模板类，它可以分为序列式容器（Sequence Container）和关联式容器（Associative Container）。序列式容器以元素在容器中的位置来访问元素，包括向量（vector）、链表（list）、双端队列（deque）、数组（array）等。关联式容器以元素的键值来访问元素，包括集合（set）、映射（map）、哈希映射（unordered_map）等。

### 1.2.2 算法
算法是STL中用于操作和处理容器中数据的模板函数，它包括了非修改序列算法（Non-modifying Sequence Algorithm）、修改序列算法（Modifying Sequence Algorithm）、排序和查找算法等，比如排序（sort）、查找（find）、计数（count）等。

### 1.2.3 迭代器
迭代器是STL中用于遍历容器中元素的模板类，它相当于一个指针，可以指向容器中的某个位置，并且可以进行自增、自减等操作。迭代器分为输入迭代器（Input Iterator）、输出迭代器（Output Iterator）、前向迭代器（Forward Iterator）、双向迭代器（Bidirectional Iterator）和随机访问迭代器（Random Access Iterator）等。

在STL中，容器、算法和迭代器三个组件紧密结合，通过迭代器对容器进行遍历和访问，再结合各种算法对容器中的数据进行操作和处理，极大地提高了开发效率。

以上是STL简介的内容，下面将逐步展开对队列和栈的详解。

# 2. 队列的原理与实现

队列是一种常用的数据结构，它遵循先进先出（FIFO）的原则。在STL（标准模板库）中，也提供了队列的实现，方便开发者在各种场景下使用。本章将介绍队列的原理与实现，并详细介绍STL中队列的使用方法。

### 2.1 队列的基本概念和特点

队列是一种线性数据结构，具有以下特点：

- 元素的插入操作只能在队列的一端进行，称为队尾（rear）；
- 元素的删除操作只能在队列的另一端进行，称为队首（front）；
- 队列遵循先进先出的原则，即最先插入的元素最先被删除。

队列常用的操作包括入队（enqueue）和出队（dequeue）操作。入队即将元素插入到队尾，出队即将队首元素删除。

### 2.2 队列的实现方式

队列可以通过数组或链表来实现，每种实现方式都有其优缺点。

#### 2.2.1 数组实现队列

数组实现的队列需要两个指针，分别指向队首和队尾。入队操作时，将元素插入到队尾，并更新队尾指针；出队操作时，删除队首元素，并更新队首指针。数组实现的队列需要声明一个固定大小的数组，在使用过程中容量是固定的，不支持动态扩容。

以下是使用数组实现队列的示例代码（使用Python语言实现）：

class Queue:
    def __init__(self):
        self.queue = []

    def enqueue(self, item):
        self.queue.append(item)

    def dequeue(self):
        if self.is_empty():
            return None
        else:
            return self.queue.pop(0)

    def is_empty(self):
        return len(self.queue) == 0

    def size(self):
        return len(self.queue)

#### 2.2.2 链表实现队列

链表实现的队列使用两个指针，一个指向队首节点，另一个指向队尾节点。入队操作时，将元素插入到队尾，并更新队尾指针；出队操作时，删除队首节点，并更新队首指针。链表实现的队列支持动态扩容，不受固定大小的限制。

以下是使用链表实现队列的示例代码（使用Java语言实现）：

class QueueNode {
    int data;
    QueueNode next;

    public QueueNode(int data) {
        this.data = data;
        this.next = null;
    }
}

class Queue {
    QueueNode front, rear;

    public Queue() {
        this.front = this.rear = null;
    }

    public void enqueue(int item) {
        QueueNode newNode = new QueueNode(item);

        if (this.rear == null) {
            this.front = this.rear = newNode;
        } else {
            this.rear.next = newNode;
            this.rear = newNode;
        }
    }

    public int dequeue() {
        if (this.front == null) {
            return -1;
        }

        int item = this.front.data;
        this.front = this.front.next;

        if (this.front == null) {
            this.rear = null;
        }

        return item;
    }

    public boolean isEmpty() {
        return this.front == null;
    }

    public int size() {
        QueueNode current = this.front;
        int count = 0;

        while (current != null) {
            count++;
            current = current.next;
        }

        return count;
    }
}

### 2.