链栈及(C++)实现
链栈的建立是基于链表而不是数组。基于链表的栈相对于基于数组的栈提供了两个优点:
本节将可以看到一个链栈类 DynlntStack,该类的声明如下所示:
DynIntStack 栈类的成员函数如下所示:
接下来看一看 pop 函数。就像 push 函数必须在链表头部插入结点一样,pop 函数也必须删除链表头部的结点。首先,该函数调用 isEmpty 来确定栈中是否有任何结点。如果没有,则拋出一个异常:
下面的程序是一个驱动模块程序,它演示了 DynlntStack 类:
- 不需要指定栈的起始大小。链栈只需要从一个空的链表开始,然后每次压入一个值时即扩展一个结点;
- 只要系统具有足够的可用内存,链栈将永远不会满。
本节将可以看到一个链栈类 DynlntStack,该类的声明如下所示:
//DynIntStack.h 的内容 class DynlntStack { struct StackNode { int value; StackNode *next; // Constructor StackNode(int value1, StackNode *next1 = nullptr) { value = value1; next = next1; } }; StackNode *top; public: DynlntStack() { top = nullptr; } ~DynlntStack(); void push(int); void pop(int &); bool isEmpty() const; // Stack Exception class Underflow {}; };StackNode 类是链表中每个结点的数据类型。因为在链表的开始处添加和删除项目都很容易,所以将链表的开头作为栈顶,并使用 top 指针指向链表中的第一个结点。这个指针被栈构造函数初始化为 nullptr,表示栈被创建为空。链栈没有静态分配的数组要填充,所以不会有溢出的异常。但是,该类会定义一个 underflow 异常,当 pop 函数被调用而栈为空时就会抛出该异常。
DynIntStack 栈类的成员函数如下所示:
//DynIntStack.cpp 的内容 #include <iostream> #include "DynIntStack.h" #include <cstdlib> using namespace std; void DynIntStack::push(int num) top = new StackNode(num, top); } void DynIntStack::pop(int &num) { StackNode *temp; if (isEmpty()) { throw DynIntStack::Underflow(); } else { // Pop value off top of stack num = top->value; temp = top; top = top->next; delete temp; } } bool DynIntStack::isEmpty() const { return top == nullptr; } DynIntStack::~DynIntStack() { StackNode * garbage = top; while (garbage != nullptr) { top = top->next; garbage->next = nullptr; delete garbage; garbage = top; } }push 函数特别简单。它只是创建一个新的结点,结点的值就是要 push 到栈上的数字,其后继指针是当前栈顶的结点,然后使新创建的结点成为栈的新顶部:
top = new StackNode(num, top);
请注意,即使栈在 push 操作之前为空,以上语句也能正常工作,因为在这种情况下,栈顶部新结点的后继指针将被正确设置为 nullptr。接下来看一看 pop 函数。就像 push 函数必须在链表头部插入结点一样,pop 函数也必须删除链表头部的结点。首先,该函数调用 isEmpty 来确定栈中是否有任何结点。如果没有,则拋出一个异常:
if (isEmpty()) { throw DynlntStack::Underflow(); }如果 isEmpty 返回 false,则执行以下语句:
else //弹出栈顶的值 { num = top->value; temp = top; top = top->next; delete temp; }首先,栈顶结点的 value 成员的副本将保存在 num 引用形参中,然后临时指针 temp 被设置为指向要删除的结点,即当前位于栈顶的结点。接下来将 top 指针设置为指向当前栈顶结点之后的结点。如果当前位于栈顶的结点之后没有结点,则相同的代码会将 top 设置为 nullptr,然后就可以通过临时指针安全地删除栈顶结点。
下面的程序是一个驱动模块程序,它演示了 DynlntStack 类:
// This program demonstrates the dynamic stack class DynIntStack. #include <iostream> #include "DynIntStack.h" using namespace std; int main() { DynIntStack stack; int popped_value; // Push values 5, 10, and 15 on the stack for (int value = 5; value <= 15; value = value + 5) { cout << "Push: " << value << "\n"; stack.push(value); } cout << "\n"; // Pop three values for (int k = 1; k <= 3; k++) { cout << "Pop: "; stack.pop(popped_value); cout << popped_value << endl; } // Stack is now empty, a pop will cause an exception try { cout << "\nAttempting to pop again..."; stack.pop(popped_value); } catch (DynIntStack::Underflow) { cout << "Underflow exception occured.\n"; } return 0; }程序输出结果:
Push: 5
Push: 10
Push: 15
Pop: 15
Pop: 10
Pop: 5
Attempting to pop again...Underflow exception occurred.
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