数据结构库——顺序栈的概念及实现

Posted 2021-12-05 dishengandziyu

1，栈的定义：

       1，栈是一种特殊的线性表；

       2，栈仅能在线性表的一端进行操作：

              1，栈顶（Top）：允许操作的一端；

              2，栈底（Bottom）：不允许操作的一端；

             

2，栈的特性：

   

       1，后进先出（Last In First Out）（只有一个特性）；

      

3，栈的操作（创销进出顶大清）：

       1，创建栈（Stack()）；

       2，销毁栈（~Stack()）；

       3，进栈（push()）；

       4，出栈（pop()）；

       5，获取栈顶元素（top()）；

       6，获取栈的大小（size()）；

       7，清空栈（clear()）（栈是容器，实际生活中也有）；

      

4，栈的实现：

      

 

5，栈的顺序实现：

  

      

6，StaticStack 设计要点：

       1，模板类：

              1，使用原生数组作为栈的存储空间（顺序栈的设计核心）；

              2，使用模板参数决定栈的最大空间；

                

 

7，基于顺序存储结构的栈 StaticStack 的实现：

 1 #ifndef STATICSTACK_H
 2 #define STATICSTACK_H
 3 
 4 #include "Stack.h"
 5 #include "Exception.h"
 6 
 7 namespace DTLib
 8 {
 9 
10 template <typename T, int N>
11 class StaticStack : public Stack<T>
12 {
13 protected:
14     T m_space[N];  // 栈存储空间， N为模板参数;顺序存储，所以要原生数组；如果生成对象为类，即使没有存储数据(m_size = 0)，也会调用构造函数和析构函数，此时不高效;因为原生数组作为存储空间的时候，在创建栈对象的时候，会调用对应的泛指类型的构造函数；
15     int m_size;   // 当前栈大小
16 　　 int m_top;    // 栈顶标识，就相当于数组中的下标；
17 
18 public:
19     StaticStack()    // O(1)
20     {
21         m_top = -1;  // 当前栈中一个没有栈顶，因为一个数据也没有
22         m_size = 0;  // 当前栈中一个数据也没有
23 　　 }
24 
25     int capacity() const    // O(1)，当前栈的最大存储量
26     {
27         return N;
28 　　 }
29 
30     void push(const T& e)    // O(1)
31     {
32         if( m_size < N )
33         {
34             m_space[m_top + 1] = e;   // 异常安全，因为 e 可能为类，而其重载“=”可能发生异常，要保证栈的状态安全；
35             m_top++;
36             m_size++;
37         }
38         else
39         {
40             THROW_EXCEPTION(InvalidOperationException, "No enough space to push StaticStack ...");
41         }
42 　　 }
43 
44     void pop()   // O(1)
45     {
46         if( m_size > 0 )
47         {
48             m_top--;
49             m_size--;
50         }
51         else
52         {
53             THROW_EXCEPTION(InvalidOperationException, "No element to pop StaticStack ...");
54         }
55 　　 }
56 
57     T top() const   // 获得当前的栈顶元素数据值 O(1)
58     {
59         if( m_size > 0 )
60         {
61             return m_space[m_top];   // 直接返回当前栈顶的元素
62         }
63         else
64         {
65             THROW_EXCEPTION(InvalidOperationException, "No element in current Stcak ...");
66         }
67     }
68     void clear()  // O(1)
69     {
70         m_top = -1;
71         m_size = 0;
72     }
73     int size() const   // O(1)
74     {
75         return m_size;
76     }
77 };
78 
79 }
80 
81 #endif // STATICSTACK_H

 

8，StaticStack 的测试代码：

 1 #include <iostream>
 2 #include "StaticStack.h"
 3 
 4 using namespace std;
 5 using namespace DTLib;
 6 
 7 int main()
 8 {
 9 　　 StaticStack<int, 10> stack;
10 
11     try
12     {
13         stack.pop();
14     }
15     catch(const Exception& e)
16     {
17         cout << e.message() << endl;
18         cout << e.location() << endl;
19 　　 }
20 
21     for(int i=0; i<10; i++)
22     {
23         stack.push(i);
24 　　 }
25 
26     while(stack.size() > 0)
27     {
28         cout << stack.top() << endl;
29         stack.pop();
30 　　 }
31 
32     return 0;
33 }

 

9，小结：

       1，栈是一种特殊的线性表；

       2，栈只允许在线性表的一端进行操作；

       3，StaticStack 使用原生数组作为内部存储空间；

       4，StaticStack 的最大容量由模板参数决定；