链式栈(Linked Stack)

链式栈(Linked Stack)

1. 链式栈的概念

1.1 链式栈的定义

• 链式栈是基于单链表的存储表示实现的栈。

1.2 链式栈中各元素的逻辑及存储关系

• 链式栈可以采用单链表作为其存储表示，因此，可以在链式栈的声明中用单链表定义它的存储空间。
• 链式栈的栈顶在链表的表头，因此，新结点的插入和栈顶结点的删除都在链表的表头(即栈顶)进行。

1.3 链式栈的特点

• 采用链式栈来表示一个栈，便于结点的插入与删除。
• 在程序中同时使用多个栈的情况下，用链接表示不仅能够提高效率，还可以达到共享存储空间的目的。

2. 链式栈的实现

2.1 链表的结点结构定义

• 文件：LinkNode.h

  #ifndef LINK_NODE_H_#define LINK_NODE_H_#include <iostream>#include <string>#include <strstream>using namespace std;template <class T>struct LinkNode         //链表结点类的定义{    T data;             //数据域    LinkNode<T> *link;  //指针域——后继指针    //仅初始化指针成员的构造函数    LinkNode(LinkNode<T>* ptr = NULL){ link = ptr; }    //初始化数据与指针成员的构造函数    LinkNode(const T& value, LinkNode<T>* ptr = NULL){ data = value; link = ptr; }};#endif /* LINK_NODE_H_ */

2.2 链式栈的类定义及其操作的实现

• 文件：LinkedStack.h

  #ifndef LINKED_STACK_H_#define LINKED_STACK_H_#include "LinkNode.h"#include "Stack.h"template <class T>class LinkedStack : public Stack<T>{public:    LinkedStack();                      //构造函数    virtual ~LinkedStack();             //析构函数public:    virtual void Push(const T& x) ;     //新元素x进栈    virtual bool Pop(T& x);             //栈顶元素出栈，并将该元素的值保存至x    virtual bool getTop(T& x) const;    //读取栈顶元素，并将该元素的值保存至x    virtual bool IsEmpty() const;       //判断栈是否为空    virtual bool IsFull() const;        //判断栈是否为满    virtual int getSize() const;        //计算栈中元素个数    virtual void MakeEmpty();           //清空栈的内容public:    template <class T>    friend ostream& operator<<(ostream& os, const LinkedStack<T>& s);   //输出栈中元素的重载操作<<private:    LinkNode<T> *top;   //栈顶指针，即链头指针};//构造函数template <class T>LinkedStack<T>::LinkedStack(): top(NULL){    cout << "$ 执行构造函数" << endl;}                       //析构函数template <class T>LinkedStack<T>::~LinkedStack(){    cout << "$ 执行析构函数" << endl;    MakeEmpty();}   //新元素x进栈template <class T>void LinkedStack<T>::Push(const T& x){    LinkNode<T> *newNode = new LinkNode<T>(x);    newNode->link = top;    top = newNode;}//栈顶元素出栈，并将该元素的值保存至xtemplate <class T>bool LinkedStack<T>::Pop(T& x){    if (true == IsEmpty())    {        return false;    }    LinkNode<T> *curNode = top;    top = top->link;    x = curNode->data;    delete curNode;    return true;}//读取栈顶元素，并将该元素的值保存至xtemplate <class T>bool LinkedStack<T>::getTop(T& x) const{    if (true == IsEmpty())    {        return false;    }    x = top->data;    return true;}//判断栈是否为空template <class T>bool LinkedStack<T>::IsEmpty() const{    return (NULL == top) ? true : false;}//判断栈是否为满template <class T>bool LinkedStack<T>::IsFull() const{    return false;}//计算栈中元素个数template <class T>int LinkedStack<T>::getSize() const{    int count = 0;    LinkNode<T> *curNode = top;    while (NULL != curNode)    {        curNode = curNode->link;        count++;    }    return count;}//清空栈的内容template <class T>void LinkedStack<T>::MakeEmpty(){    LinkNode<T> *curNode = NULL;    while (NULL != top)             //当链表不为空时，删去链表中所有结点    {        curNode = top;              //保存被删结点        top = curNode->link;        //被删结点的下一个结点成为头结点        delete curNode;             //从链表上摘下被删结点    }}//输出栈中元素的重载操作<<template <class T>ostream& operator<<(ostream& os, const LinkedStack<T>& s){    os << "栈中元素个数 = " << s.getSize() << endl;   //输出栈中元素个数    int i = 0;    LinkNode<T> *curNode = s.top;    while (NULL != curNode)    {        os << "[" << i++ << "]" << " : " << curNode->data << endl;        curNode = curNode->link;    }    return os;}#endif /* LINKED_STACK_H_ */

2.3 主函数(main函数)的实现

• 文件：main.cpp

  #include "LinkedStack.h"#define EXIT 0              //退出#define PUSH 1              //新元素x进栈#define POP  2              //栈顶元素出栈，并将该元素的值保存至x#define GETTOP 3            //读取栈顶元素，并将该元素的值保存至x#define ISEMPTY  4          //判断栈是否为空#define ISFULL 5            //判断栈是否为满#define GETSIZE 6           //计算栈中元素个数#define MAKEEMPTY 7         //清空栈的内容#define OPERATOR_OSTREAM 8  //输出栈中元素的重载操作<<void print_description(){    cout << "------------------------------>链式栈<------------------------------" << endl;    cout << "功能选项说明：" << endl;    cout << "#0： 退出" << endl;    cout << "#1： 新元素x进栈" << endl;    cout << "#2： 栈顶元素出栈，并将该元素的值保存至x" << endl;    cout << "#3： 读取栈顶元素，并将该元素的值保存至x" << endl;    cout << "#4： 判断栈是否为空" << endl;    cout << "#5： 判断栈是否为满" << endl;    cout << "#6： 计算栈中元素个数" << endl;    cout << "#7： 清空栈的内容" << endl;    cout << "#8： 输出栈中元素的重载操作<<" << endl;    cout << "--------------------------------------------------------------------" << endl;}//判断输入的字符串每个字符是否都是数值0~9bool IsNumber(const string& s_num){    for (size_t i = 0; i < s_num.size(); i++)    {        if ((s_num[i] < '0') || (s_num[i] > '9'))        {            return false;        }    }    return true;}//类型转换——将string型转为模板类型Ttemplate <class T>T StrToTtype(const string& s_num){    T n_num;    strstream ss_num;    ss_num << s_num;    ss_num >> n_num;    return n_num;}//输入数据值template <class T>T get_data(){    cout << "> 请输入数据值，data = ";    string s_data;    cin >> s_data;    return StrToTtype<T>(s_data);}//构造链式栈template <class T>LinkedStack<T>* construct_linkedstack(){    cout << "\n==> 创建链式栈" << endl;    LinkedStack<T> *linkedStack = new LinkedStack<T>;    return linkedStack;}//析构链式栈template <class T>void destory_linkedstack(LinkedStack<T>* linkedStack){    cout << "\n==> 释放链式栈在堆中申请的空间，并将指向该空间的指针变量置为空" << endl;    delete linkedStack;    linkedStack = NULL;}//新元素x进栈template <class T>              void push(LinkedStack<T>* linkedStack){    cout << "$ 执行新元素x进栈函数" << endl;    T data = get_data<T>();    linkedStack->Push(data);    cout << "* 进栈成功，data = " << data << endl;}//栈顶元素出栈，并将该元素的值保存至xtemplate <class T>  void pop(LinkedStack<T>* linkedStack){    cout << "$ 执行栈顶元素出栈并将该元素的值保存至x函数" << endl;    T data;    if (false == linkedStack->Pop(data))    {        cout << "* 出栈失败" << endl;        return;    }    cout << "* 出栈成功，data = " << data << endl;}//读取栈顶元素，并将该元素的值保存至xtemplate <class T>  void gettop(LinkedStack<T>* linkedStack){    cout << "$ 执行读取栈顶元素并将该元素的值保存至x函数" << endl;    T data;    if (false == linkedStack->getTop(data))    {        cout << "* 读取栈顶元素失败" << endl;        return;    }    cout << "* 读取栈顶元素成功，data = " << data << endl;}//判断栈是否为空template <class T>  void isempty(LinkedStack<T>* linkedStack){    cout << "$ 执行判断栈是否为空函数，IsEmpty = " << linkedStack->IsEmpty() << endl;}//判断栈是否为满template <class T>  void isfull(LinkedStack<T>* linkedStack){    cout << "$ 执行判断栈是否为满函数，IsFull = " << linkedStack->IsFull() << endl;}//计算栈中元素个数template <class T>  void getsize(LinkedStack<T>* linkedStack){    cout << "$ 执行计算栈中元素个数函数，Size = " << linkedStack->getSize() << endl;}//清空栈的内容template <class T>  void makeempty(LinkedStack<T>* linkedStack){    cout << "$ 执行清空栈的内容函数" << endl;    linkedStack->MakeEmpty();}//输出栈中元素的重载操作<<template <class T>  void operator_ostream(LinkedStack<T>* linkedStack){    cout << "$ 执行输出栈中元素的重载操作<<函数" << endl;    cout << *linkedStack;//或operator<<(cout, *linkedStack);}//链式栈操作选择template <class T>void select_operation(LinkedStack<T>* linkedStack){    if (NULL == linkedStack)    {        cout << "* 没有构造链式栈，请先构造链式栈。" << endl;        return;    }    string s_operation;    while (s_operation != "0")    {        cout << "\n==> 请输入功能选项编号(按\"0\"退出程序)：";        cin >> s_operation;        while (false == IsNumber(s_operation))        {            cout << "* 输入有误，请重新输入：";            cin >> s_operation;        }        int n_operation = atoi(s_operation.c_str());        switch (n_operation)        {            case EXIT://退出            {                cout << "$ 退出程序" << endl;                break;            }            case PUSH://新元素x进栈            {                push(linkedStack);                break;            }            case POP://栈顶元素出栈，并将该元素的值保存至x            {                pop(linkedStack);                break;            }            case GETTOP://读取栈顶元素，并将该元素的值保存至x            {                gettop(linkedStack);                break;            }            case ISEMPTY://判断栈是否为空            {                isempty(linkedStack);                break;            }            case ISFULL://判断栈是否为满            {                isfull(linkedStack);                break;            }            case GETSIZE://计算栈中元素个数            {                getsize(linkedStack);                break;            }            case MAKEEMPTY://清空栈的内容            {                makeempty(linkedStack);                break;            }            case OPERATOR_OSTREAM://输出栈中元素的重载操作<<            {                operator_ostream(linkedStack);                break;            }            default:            {                cout << "* 请输入正确的功能选项编号" << endl;                break;            }        }    }}int main(int argc, char* argv[]){    print_description();    LinkedStack<int> *linkedStack = construct_linkedstack<int>();    select_operation(linkedStack);    destory_linkedstack(linkedStack);    system("pause");    return 0;}

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参考文献：
[1]《数据结构(用面向对象方法与C++语言描述)(第2版)》殷人昆——第三章
[2]《C/C++常用算法手册》秦姣华、向旭宇——第二章
[3] 百度搜索关键字：链式栈