栈的简介与C++模板实现

时间：2022-02-18 10:26:56

何为栈？

栈(Stack)是一种线性存储结构，它具有如下特点：

栈中的数据元素遵守“先进后出”(First In Last Out)的原则，简称FILO结构。
限定只能在栈顶进行插入和删除操作。

栈的相关概念与操作

1.栈顶与栈底：允许元素插入与删除的一端称为栈顶，另一端称为栈底。
2.压栈：栈的插入操作，叫做进栈，也称压栈、入栈。
3.弹栈：栈的删除操作，也叫做出栈。
4.求栈的大小
5.求栈顶元素的值
6.判断栈是否为空

ps：压栈的过程中，栈顶为位置一直在向上移动，而栈底是固定不变的。
类似，弹栈的过程中，栈顶为位置一直在向上移动，而栈底是固定不变的。

栈是一种线性结构，能以数组或链表作为底层数据结构来实现。

基于数组的栈实现

通常以数组头为栈底，数组尾为栈顶。
/*栈的抽象数据类型*/
template <typename T>
class ArrayStack
{
public:
    //初始化，指定模拟栈的容量　和　目前大小
ArrayStack(int s,int a=0):maxsize(s),count(a) {}
//~ArrayStack();

public:
    T top();                //获取栈顶元素
void push(T a);         //压栈
    T pop();                //弹栈
bool isEmpty();         //判断是否为空
int size();             //栈的大小

private:
int count;      //栈的元素数量
int maxsize;    //栈的容量
    T  array[10];   //底层数据结构为数组
};

具体实现

template <typename T>
bool ArrayStack<T>::isEmpty()       //栈的判空
{
return count==0;  
};

template <typename T>
int ArrayStack<T>::size()           //栈的大小
{
return count;
};

template <typename T>
void ArrayStack<T>::push(T a)       //压栈
{
if(count != maxsize)
array[count++] = a;
};

template <typename T>
T ArrayStack<T>::pop()              //弹栈
{
if(count != 0)
return array[--count];
};

template <typename T>
T ArrayStack<T>::top()              //获取栈顶元素
{
if(count != 0)
return array[count-1];
};

主函数

int main()
{
    ArrayStack<int> p(5);
for(int i=0; i<5; i++)
        p.push(i);

cout << "栈的大小为：" << p.size() << endl;
cout << "栈顶元素：" << p.top() << endl;
cout << "依次出栈: " << endl;
while(!p.isEmpty())
    {
cout << p.pop() << endl;
    }
return 0;
}

输出结果：

栈的大小为：5
栈顶元素：4
依次出栈: 
4
3
2
1
0

本例中指定栈的大小后就不支持扩容，栈满后就无法再进行压栈操作。

基于链表的栈实现

以链表头作为栈顶，方便结点的删除和插入，压栈后的新结点将一直出现在链表的头部。如下图所示，很清晰直观，不再啰嗦。

栈的简介与C++模板实现

链表结点

/*链表结点，即栈中的元素*/
template <typename T>
struct Node
{
    Node(T t):value(t),next(NULL) {}
    Node():next(NULL){}

public:
T value;        //结点元素的值
    Node<T>* next;  //链表结点指针
};

栈的抽象数据类型

/*基于链表的栈的ADT*/
template <typename T>
class LinkStack
{
public:
//构造函数
    LinkStack(int icount=0):count(icount) {}

//几种操作
    bool isEmpty();
int size();
void push(T t);
    T pop();
    T top();

private:
    Node<T>* phead; //头指针
int count;      //栈中元素的数量
};

具体实现

/*返回栈的大小*/
template <typename T>
int LinkStack<T>::size()
{
return count;
};

template <typename T>
bool LinkStack<T>::isEmpty()
{
return count==0;
};

template <typename T>
void LinkStack<T>::push(T t)
{
    Node<T> *pnode = new Node<T>(t);
    pnode -> next = phead -> next;
    phead -> next = pnode;
    count++;
};

template <typename T>
T LinkStack<T>::pop()
{
if(phead-> next != NULL)
    {
        Node<T>* pdel = phead -> next;
        phead -> next = pdel -> next;
T value = pdel -> value;
        delete pdel;
        count--;
return value;
    }
};

template <typename T>
T LinkStack<T>::top()
{
if(phead -> next != NULL)
return phead -> next -> value;
};
上面具体操作的实现和基于数组的相似~

主函数实例

int main()
{
    LinkStack <string> lstack;
    lstack.push("!!!");
    lstack.push("linux");
    lstack.push("hello");

cout << "栈的大小：" << lstack.size() << endl;
cout << "栈顶元素: " << lstack.top() << endl;
cout << "栈元素：" << endl;
while(!lstack.isEmpty())
    {
cout << lstack.pop() << endl;
    }
cout << "栈的大小：" << lstack.size() << endl;
return 0;
}

　　本文简单的介绍了一下栈的相关概念，主要是用C++模板实现基于数组和链表的栈，希望对大家有所帮助。
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