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  • 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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