数据结构之链栈

一.引入

        通常链栈用单链表表示，因此其结点结构与单链表的结点结构相同。因为只能在栈顶执行插入和删除操作，显然以单链表的头部做栈顶是最方便地，而且没有必要像单链表那样为了运算方便附加一个头结点。

二.算法设计

LinkedStack.h

#ifndef SRC_LINKEDSTACK_H_
#define SRC_LINKEDSTACK_H_

/*
 * 结点：
 * data：数据域，存储数据元素
 * next：指针域，存储该结点的后继结点的地址
 */
template <class T>
struct Node{
	T data;
	Node<T> *next;
};

template <class T>
class LinkedStack{
public:
	LinkedStack();//无参构造器
	LinkedStack(T array[],int length);//有参构造器
	virtual ~LinkedStack();//析构函数
	int getLength();//取当前栈的长度
	void push(T value);//入栈
	T pop();//出栈
	T getTop();//取栈顶元素
	void getAll();//遍历栈的全部元素
	bool isEmpty();//判断是否栈空
private:
	Node<T> *top;//栈顶指针
	int length;//当前栈的长度
};

#endif

三.详细设计（C++）

LinkedStack.cpp

#include "LinkedStack.h"
#include <iostream>
using namespace std;

/*
 * 无参构造器：
 * 1.栈顶指针 top 置为 NULL
 * 2.当前栈的长度置为 0
 */
template <class T>
LinkedStack<T>::LinkedStack(){
	top = NULL;
	length = 0;
}
/*
 * 有参构造器：
 * 1.栈顶指针 top 置为 NULL
 * 2.创建一个结点 node 置为 NULL
 * 3.循环：
 *   ①.为结点 node 申请空间
 *   ②.把数组的值存储在结点 node 的 data 域中
 *   ③.把栈顶指针 top 指向的结点的地址存储在 结点 node 的 next 域中
 *   ④.栈顶指针 top 指向结点 node
 * 4.记录当前栈的长度
 */
template <class T>
LinkedStack<T>::LinkedStack(T array[],int length){
	top = NULL;
	Node<T> *node = NULL;
	for(int i = 0;i < length;i++){
		node = new Node<T>;
		node->data = array[i];
		node->next = top;
		top = node;
	}
	this->length = length;
}
/*
 * 析构函数：
 * 1.创建一个结点 deleteNode 置为 NULL
 * 2.循环：
 *   ①.结点 deleteNode 指向栈顶结点
 *   ②.栈顶指针 top 指向栈顶结点的下一个结点
 *   ③.删除栈顶结点
 *   ④.当前栈的长度减一
 */
template <class T>
LinkedStack<T>::~LinkedStack(){
	Node<T> *deleteNode = NULL;
	while(!isEmpty()){
		deleteNode = top;
		top = top->next;
		delete deleteNode;
		length--;
	}
}
/*
 * 取当前栈的长度：
 * 返回当前栈的长度
 */
template <class T>
int LinkedStack<T>::getLength(){
	return length;
}
/*
 * 入栈：
 * 1.创建一个结点 pushNode ，申请空间
 * 2.把 value 存储在结点 pushNode 的 data 域中
 * 3.结点 pushNode 与原来的栈顶元素相连
 * 4.栈顶指针 top 指向结点 pushNode ，即结点 pushNode 成为栈顶元素
 * 5.当前栈的长度加一
 */
template <class T>
void LinkedStack<T>::push(T value){
	Node<T> *pushNode = new Node<T>;
	pushNode->data = value;
	pushNode->next = top;
	top = pushNode;
	length++;
}
/*
 * 出栈：
 * 1.判断是否栈空，若是则返回 -1，否则
 * 2.创建一个结点 popNode ，其指向栈顶结点
 * 3.创建一个变量 popNodeValue ，其记录栈顶结点存储的元素
 * 4.栈顶指针 top 指向栈顶结点的下一个结点
 * 5.删除栈顶结点 popNode
 * 6.返回栈顶结点存储的元素 popNodeValue
 */
template <class T>
T LinkedStack<T>::pop(){
	if(isEmpty()){
		cout<<"栈空！"<<endl;
		return -1;
	}
	Node<T> *popNode = top;
	T popNodeValue = popNode->data;
	top = top->next;
	delete popNode;
	length--;
	return popNodeValue;
}
/*
 * 取栈顶元素：
 * 1.判断是否栈空，若是则返回 -1，否则
 * 2.返回栈顶结点存储的元素
 * 注意：并不删除栈顶结点
 */
template <class T>
T LinkedStack<T>::getTop(){
	if(isEmpty()){
		cout<<"栈空！"<<endl;
		return -1;
	}
	return top->data;
}
/*
 * 遍历栈的全部元素：
 * 1.判断是否栈空，若是则返回，否则
 * 2.创建一个结点 node ，其指向栈顶结点
 * 3.循环：当未到达栈底结点时
 *   ①.输出栈顶结点存储的元素
 *   ②.结点 node 指向下一个结点
 * 4.输出栈底结点存储的元素
 */
template <class T>
void LinkedStack<T>::getAll(){
	if(isEmpty()){
		cout<<"栈空！"<<endl;
		return;
	}
	Node<T> *node = top;
	while(node->next != NULL){
		cout<<node->data<<" ";
		node = node->next;
	}
	cout<<node->data<<endl;
}
/*
 * 判断是否栈空：
 * 若栈顶指针 top 为 NULL 则返回 true ，否则返回 false
 */
template <class T>
bool LinkedStack<T>::isEmpty(){
	return top == NULL ? true : false;
}

四.测试

TestLinkedStack.cpp

#include "LinkedStack.h"
#include "LinkedStack.cpp"
#include <iostream>
using namespace std;
int main(int argc, char **argv) {
	int arr[] = {0,1,2,3,4};
	cout<<"创建对象：0、1、2、3、4 依次入栈 "<<endl;
	LinkedStack<int> linkedStack(arr,5);
	cout<<"遍历栈内的元素：";
	linkedStack.getAll();
	cout<<"当前栈的长度：";
	cout<<linkedStack.getLength()<<endl;
	cout<<"当前的栈顶元素："<<linkedStack.getTop()<<endl;
	cout<<endl;

	while(!linkedStack.isEmpty()){
		cout<<linkedStack.pop()<<"出栈！"<<endl;
		cout<<"遍历栈内的元素：";
		linkedStack.getAll();
		cout<<"当前栈的长度：";
		cout<<linkedStack.getLength()<<endl;
		cout<<"当前的栈顶元素："<<linkedStack.getTop()<<endl;
		cout<<endl;
	}
	cout<<endl;

	for(int i = 0;i < 10;i++){
		cout<<i<<"入栈！"<<endl;
		linkedStack.push(i);
	}
	cout<<"遍历栈内的元素：";
	linkedStack.getAll();
	cout<<"当前栈的长度：";
	cout<<linkedStack.getLength()<<endl;
	cout<<"当前的栈顶元素："<<linkedStack.getTop()<<endl;
	cout<<endl;

	cout<<"销毁栈！"<<endl;
	linkedStack.~LinkedStack();

	return 0;
}

五.运行结果