棧的說明

棧是一種基本的資料結構。在棧中，被刪除的元素是最近被插入的元素，實現的是一種後進先出（last-in, first-out, LIFO）的策略。

改變棧中元素的操作方法只有兩個——push與pop。push是把元素推入棧底，pop是把元素從棧頂彈出。

下面是push和pop的過程

圖片來自《Data Structures and Program Design In C++》

陣列實現

陣列實現的思想很簡單。利用一個變數count來記錄棧頂，然後對陣列進行操作。

圖片來自《Data Structures and Program Design In C++》

template <class T>
class Stack {
private:
    static const int maxstack = 10;
    T entry[maxstack];
    int count;
    int stackSize;

    bool full() const {
      return stackSize == maxstack;
    }

public:
    Stack() : count(0), stackSize(0) {
      for (int i = 0; i < maxstack; i++)
        entry[i] = T();
    }

    void push(const T &val) {
      if (!full()) {
        entry[count] = val;
     ++count;
      ++stackSize;
      }
    }

    void pop() {
      if (!empty()) {
        --count;
        --stackSize;
      }
    }

    T top() const {
      if (!empty())
        return entry[count - 1];
    }

    bool empty() const {
      return stackSize == 0 && count == 0;
    }

    int size() const {
      return stackSize;
    }
};
 

連結串列實現

連結串列實現是以一個top_node作為連結串列的表頭，標記棧頂，在此進行插入和刪除操作

圖片來自《Data Structures and Program Design In C++》

圖片來自《Data Structures and Program Design In C++》

圖片來自《Data Structures and Program Design In C++》

template <class T>
class Stack {
private:
  // 宣告結點的結構體
 struct Node {
    T data;
    Node *next;
  };

private:
  Node *top_node;
  int stackSize;

public:
  Stack() : top_node(NULL), stackSize(0) { }

  ~Stack_List() {
    while (!empty())
      pop();
  }

 // push將新來的元素新增到連結串列頭
  void push(const T &val) {
    Node *new_node = new Node;
    new_node->data = val;
    new_node->next = top_node;
    top_node = new_node;
    ++stackSize;
  }

  // pop把連結串列頭即棧頂的元素彈出
  void pop() {
    if (!empty()) {
      Node *temp = top_node;
      top_node = top_node->next;
      delete temp;
      --stackSize;
    }
  }

  T top() const {
    return top_node->data;
  }

  bool empty() const {
    return stackSize == 0 && top_node == NULL;
  }

  int size() const {
    return stackSize;
  }
};
 

簡單測試

#include <iostream>
using namespace std;

int main() {
  Stack<int> s;
  for (int i = 0; i < 11; i++)
    s.push(i);
  cout << s.size() << endl;
  while (!s.empty()) {
    cout << s.top() << " ";
    s.pop();
  }
  cout << endl;
  return 0;
}

陣列實現的棧的測試結果

由於設定棧的最大容量為10，因此只有10個元素在棧內

連結串列實現的棧的測試結果

由於連結串列的長度是可增長的，因此能有11個元素在棧內

參考書籍

《Data Structures and Program Design In C++》