数据结构基础(13) --链式栈的设计与实现

采用链式存储的栈成为链式栈(或简称链栈), 链栈的优点是便于多个栈共享存储空间和提高其效率, 且不存在栈满上溢的情况(因为链栈是靠指针链接到一起,只要内存够大, 则链栈理论上可以存储的元素是没有上限的);

与顺序栈相比, 由于顺序栈是采用的数组实现, 因此一旦数组填满, 则必须重新申请内存, 并将所有元素”搬家”, 而链栈则省略了这一”耗时耗力”的工作, 但却需要付出附加一个指针的代价;

链栈通常采用单链表实现, 并规定所有的操作都必须实在单链表的表头进行, 而且w我们的链栈没有头结点, m_top直接指向栈顶元素;

链式栈的图示如下:

链栈节点构造:

template <typename Type>
class ChainNode
{template <typename T>friend ostream &operator<<(ostream &os, const LinkStack<T> &stack);friend class LinkStack<Type>;
private:ChainNode(const Type &_data, ChainNode *_next = NULL):data(_data), next(_next) {}Type data;ChainNode *next;
};

链栈设计:

template <typename Type>
class LinkStack
{template <typename T>friend ostream &operator<<(ostream &os, const LinkStack<T> &stack);
public:LinkStack(): m_top(NULL) {}~LinkStack(){makeEmpty();}bool isEmpty() const{return m_top == NULL;}void pop() throw(std::out_of_range);const Type &top() const throw(std::out_of_range);void push(const Type &data);void makeEmpty();private:ChainNode<Type> *m_top;
};

栈的三大操作:

template <typename Type>
const Type &LinkStack<Type>::top() const
throw (std::out_of_range)
{if (isEmpty())throw std::out_of_range("stack is empty, can`t get data");return m_top->data;
}

template <typename Type>
void LinkStack<Type>::pop()
throw (std::out_of_range)
{if (isEmpty())throw std::out_of_range("stack is empty, can`t delete");ChainNode<Type> *deleteNode = m_top;m_top = m_top->next;delete deleteNode;
}

template <typename Type>
void LinkStack<Type>::push(const Type &data)
{//此处是整个链栈的关键点// 该操作会生成一个节点,// 并自动将m_top上移一格,// 而且将m_top原先指向的节点, 作为新生成的节点的下一节点//注意此处//如果第一次运行push, 则原m_top为NULL// 新m_top指向第一个元素m_top = new ChainNode<Type>(data, m_top);
}

清空整个栈:

template <typename Type>
void LinkStack<Type>::makeEmpty()
{while (!isEmpty()){pop();}
}

输出栈内所有内容:

template <typename Type>
ostream &operator<<(ostream &os, const LinkStack<Type> &stack)
{ChainNode<Type> *currentNode = stack.m_top;while (currentNode != NULL){cout << currentNode->data << ' ';currentNode = currentNode->next;}return os;
}

测试代码:

int main()
{LinkStack<int> test;for (int i = 0; i < 10; ++i){test.push(rand()%100);}cout << test << endl;cout << "top = " << test.top() << endl;test.pop();cout << "top = " << test.top() << endl;test.push(1);cout << "top = " << test.top() << endl;while (!test.isEmpty()){test.pop();}cout << test << endl;test.push(11);test.push(22);test.push(33);cout << test << endl;test.makeEmpty();try{cout << "top = " << test.top() << endl;}catch (const std::exception &e){cerr << e.what() << endl;}return 0;
}

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