C++ std::stack完全ガイド：実践例付きでLIFOコンテナをマスター

std::stackとは

std::stackはLIFO（Last In, First Out / 後入れ先出し）原理を実装するコンテナアダプタです。要素の挿入と削除を片端（トップ）のみで許可します。デフォルトではstd::dequeを内部コンテナとして使用しますが、任意のシーケンスコンテナ（std::vectorやstd::listなど）を指定できます。

コンテナアダプタはイテレータを公開しないため、スタックを直接走査することはできません。代わりにメンバ関数を通じて操作します。

学習目標

• std::stackを定義しLIFO動作を理解
• スタック宣言の構文を学習
• メンバ型と主要操作を探索
• push、pop、top、empty、size、emplace、swapを実践
• 標準テンプレートライブラリ（STL）でスタックを実装

構文

<stack>ヘッダをインクルードし、以下のテンプレートでスタックを宣言：

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

• T – 要素型；ユーザー定義クラスを含む任意の有効なC++型
• Container – 内部コンテナ；デフォルトはstd::deque

メンバ型

• value_type – 要素型T
• container_type – 内部コンテナの型
• size_type – コンテナサイズ用の符号なし整数型

主要操作

• push() – 要素をトップに追加
• pop() – トップ要素を削除
• top() – 削除せずにトップ要素にアクセス
• empty() – スタックが空かどうかチェック
• size() – 要素数を返却
• emplace() – 要素をトップに直接構築・挿入
• swap() – 別のスタックと内容を交換

実装の概要

以下はスタック操作の視覚的表現です（トップはポインタで示す）。

push()とpop()

push()メソッドは新しい要素を追加し、サイズを1増やします：

stack.push(value);

逆にpop()はトップ要素を削除し、サイズを減らします：

stack.pop();

例1：基本的なスタック操作

#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(); // 40を削除
    st.pop(); // 30を削除
    while (!st.empty()) {
        cout << ' ' << st.top();
        st.pop();
    }
    return 0;
}

出力：20 10

empty()、size()、top()

これらのユーティリティ関数はスタックの状態を素早く把握できます。

例2：スタック状態の検査

#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;
}

出力：スタック内容、サイズ、トップ要素、pop後の状態を表示。

emplace()とswap()

• emplace()は要素をその場で構築し、余分なコピーを回避。
• swap()は2つのスタックの内容を効率的に交換。

例3：emplace()とswap()の使用

#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();
    }
}

出力：スワップ前後のスタック内容を示す。

STLでのstd::stack使用

1行でスタックを実装：

std::stack<T> st;

例：

#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;
}

まとめ

• std::stackはLIFOを実装し、トップ要素のみアクセス可能
• コンテナアダプタ；デフォルト内部コンテナはstd::dequeだがカスタマイズ可能
• 主要関数：push、pop、top、empty、size、emplace、swap
• 一時的な要素格納が必要なシナリオで軽量かつ効率的なツール