数据结构库——顺序栈的概念及实现

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：

#ifndef STATICSTACK_H
#define STATICSTACK_H

#include "Stack.h"
#include "Exception.h"

namespace DTLib
{

template <typename T, int N>
class StaticStack : public Stack<T>
{
protected:
    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；
    int m_size;   // 当前栈大小
　　 int m_top;    // 栈顶标识，就相当于数组中的下标；

public:
    StaticStack()    // O(1)
    {
        m_top = -1;  // 当前栈中一个没有栈顶，因为一个数据也没有
        m_size = 0;  // 当前栈中一个数据也没有
　　 }

    int capacity() const    // O(1)，当前栈的最大存储量
    {
        return N;
　　 }

    void push(const T& e)    // O(1)
    {
        if( m_size < N )
        {
            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；
            m_top++;
            m_size++;
        }
        else
        {
            THROW_EXCEPTION(InvalidOperationException, "No enough space to push StaticStack ...");
        }
　　 }

    void pop()   // O(1)
    {
        if( m_size > 0 )
        {
            m_top--;
            m_size--;
        }
        else
        {
            THROW_EXCEPTION(InvalidOperationException, "No element to pop StaticStack ...");
        }
　　 }

    T top() const   // 获得当前的栈顶元素数据值 O(1)
    {
        if( m_size > 0 )
        {
            return m_space[m_top];   // 直接返回当前栈顶的元素
        }
        else
        {
            THROW_EXCEPTION(InvalidOperationException, "No element in current Stcak ...");
        }
    }
    void clear()  // O(1)
    {
        m_top = -1;
        m_size = 0;
    }
    int size() const   // O(1)
    {
        return m_size;
    }
};

}

#endif // STATICSTACK_H

8，StaticStack 的测试代码：

#include <iostream>
#include "StaticStack.h"

using namespace std;
using namespace DTLib;

int main()
{
　　 StaticStack<int, 10> stack;

    try
    {
        stack.pop();
    }
    catch(const Exception& e)
    {
        cout << e.message() << endl;
        cout << e.location() << endl;
　　 }

    for(int i=0; i<10; i++)
    {
        stack.push(i);
　　 }

    while(stack.size() > 0)
    {
        cout << stack.top() << endl;
        stack.pop();
　　 }

    return 0;
}

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；