C++中棧結構建立與操作詳細解析
什麼是棧結構
棧結構是從資料的運算來分類的,也就是說棧結構具有特殊的運算規則,即:後進先出。
我們可以把棧理解成一個大倉庫,放在倉庫門口(棧頂)的貨物會優先被取出,然後再取出裡面的貨物。
而從資料的邏輯結構來看,棧結構起始就是一種線性結構。
如果從資料的儲存結構來進一步劃分,棧結構包括兩類:
順序棧結構:
即使用一組地址連續的記憶體單元依次儲存棧中的資料。在程式中,可以定義一個指定大小的結構陣列來作為棧,序號為0的元素就是棧低,再定義一個變數top儲存棧頂的序號即可。
鏈式棧結構:
即使用連結串列的的形式儲存棧中各元素的值。連結串列首部(head指標所指向元素)為棧頂,連結串列尾部(指向地址為NULL)為棧底。
在棧結構中只能在一端進行操作,該操作端稱為棧頂,另一端稱為棧底。也就是說,儲存和取出的資料都只能從棧結構的一端進行。從資料的運算角度來分析,棧結構是按照“後進先出”的原則處理結點資料的。
在棧結構中,只有棧頂元素是可以訪問的,棧結構的資料運算也是非常簡單。一般棧結構的基本操作只有兩個:
入棧(Push):將資料儲存到棧頂的操作。進行入棧操作前,先修改棧頂指標,使其向上移一個元素位置,然後將資料儲存到棧頂指標所指的位置。
出棧(Pop):將棧頂資料彈出的操作。通過修改棧頂指標,使其指向棧中的下一個元素。
接下來,我們使用C++語言建立順序棧,並完成順序棧結構的基本運算
準備資料
準備在棧操作中需要用到的變數及資料結構等。
#define MAXLEN 50
struct DATA
{
string name;
int age;
};
struct StackType
{
DATA data[MAXLEN+1];
int top;
};
定義棧結構的長度MAXLEN,棧結構的資料元素型別DATA,以及棧結構的資料結構StackType。在資料結構StackType中,data為資料元素,top為棧頂的序號。當top=0時,表示棧為空,當top=MAXLEN時表示棧滿。
陣列元素都是充下標0開始的,這裡為了講述和理解方便,我們從下標1開始記錄資料結點,下標0的位置不用。
初始化棧結構
在使用棧結構之前,首先需要建立一個空的順序棧,也就是初始化順序棧。順序棧的初始化操作如下:
(1)按照符號常量MAXLEN指定大小申請一片記憶體空間,用來儲存棧中的資料
(2)設定棧頂指標的值為0,表示一個空棧。
示例程式碼如下:
StackType *STInit()
{
StackType *p;
if(p=new StackType) //申請棧空間
{
p->top=0; //設定棧頂為0
return p; //返回棧頂指標
}
return NULL;
}
首先用new申請記憶體,然後設定棧頂為0,然後返回申請記憶體的首地址,申請失敗返回NULL;
判斷空棧
判斷棧結構是否為空,如果是空棧,則表示該棧結構中沒有資料,此時可以進行入棧操作,但是不可以進行出棧操作。
示例程式碼如下:
int STIsEmpty(StackType *s)
{
int t;
t=(s->top==0); //通過棧頂的值進行判斷
return t;
}
輸入引數s為一個指向操作的棧的指標。根據棧頂指標top判斷是否為0,判斷棧是否為空。
判斷滿棧
判斷棧結構是否為滿。如果是滿棧,則表示該棧結構中沒有多餘的空間來儲存額外資料。此時不可以進行入棧操作,但是可以進行進棧操作。
示例程式碼如下:
int STIsFull(StackType *s)
{
int t;
t=(s->top==MAXLEN);
return t;
}
輸入引數s為一個指向操作的棧的指標。根據棧頂指標top判斷是否和MAXLEN相等,判斷棧是否已滿。
清空棧
清空棧就是棧中所有的資料被清除。 示例程式碼如下:
void STClear(StackType *s)
{
s->top=0;
}
將棧頂指標top設定為0,表示執行清空棧操作。(這裡只是邏輯上將棧中資料清空,實際上只是將top設定為0,以後再新增資料會覆蓋原來的資料)
釋放空間
釋放空間是釋放棧結構所佔用的記憶體單元,使用delete釋放用new運算子申請的記憶體空間。
示例程式碼如下:
void STFree(StackType *s)
{
delete s;
}
在程式中直接呼叫delete運算子釋放已分配的記憶體空間。一般在不需要使用棧結構時呼叫該函式,特別是在程式結束的時候。
入棧
入棧(Push)是棧結構的基本操作,主要操作是將資料元素儲存到棧結構。入棧操作的具體步驟如下:
(1)首先判斷棧頂top,如果top大於等於MAXLEN,則表示溢位,進行出錯處理。否則執行以下操作。
(2)設定top=top+1(棧頂指標加1,指向入棧地址)
(3)將入棧呀U尿素儲存到top指向的位置。
示例程式碼如下:
int PushST(StackType *s,DATA data)
{
if((s->top+1)>MAXLEN)
{
cout<<"棧溢位"<<endl;
return 0;
}
s->data[++s->top]=data; //將元素壓入棧
return 1;
}
輸入引數s為一個指向操作的棧的指標,輸入引數data是需要入棧的資料元素。程式首先判斷棧是否溢位,如果溢位就給出警告,不進行入棧操作,否則修改棧頂指標,即top先加1,然後將data放到top現在指向的資料單元。
出棧
出棧(Pop)是佔據誒狗的基本操作,主要操作與入棧相反,它是從棧頂彈出一個數據元素,出棧操作的具體步驟如下:
(1)首先判斷棧頂top,如果top等於0,則表示為恐慌在哪,進行出錯處理。否則執行下面的操作。
(2)將棧頂指標top所指向的位置的元素返回(實際是返回的指標)
(3)將top的減1,指向棧的下一個元素,原來棧頂的元素被彈出。
DATA * PopST(StackType *s)
{
if(s->top==0)
{
cout<<"棧為空,不能再輸出!"<<endl;
exit(0);
}
return &(s->data[s->top--]);
}
當棧中有資料時,該函式返回值是一個指向DATA型別資料的指標。
讀取點結構
讀取點結構也就是讀取棧結構中結點的資料。由於棧結構只能在一端進行操作,因此這裡的讀操作其實就是讀站點的資料。
需要注意的是,讀節點資料的操作和出棧操作不同。讀結點操作僅僅是顯示棧頂結點資料的內容,而出棧操作則將棧頂資料彈出。
示例程式碼如下:
DATA *PeekST(StackType *s)
{
if(s->top==0)
{
cout<<"棧已空"<<endl;
exit(0);
}
return &(s->data[s->top]);
}
對比出棧的示例程式碼,不難發現讀取點結構同樣返回了棧頂結點的地址,但是卻沒有使top減1.
完整示例
下面是棧的基本操作的完整示例:
程式程式碼:
#include<iostream>
#include<string>
using namespace std;
#define MAXLEN 50
struct DATA
{
string name;
int age;
};
struct StackType
{
DATA data[MAXLEN+1];
int top;
};
/******************初始化棧結構****************/
StackType *STInit()
{
StackType *p;
if(p=new StackType) //申請棧空間
{
p->top=0; //設定棧頂為0
return p; //返回棧頂指標
}
return NULL;
}
/****************判斷空棧**********************/
int STIsEmpty(StackType *s)
{
int t;
t=(s->top==0); //通過棧頂的值進行判斷
return t;
}
/**********************判斷滿棧****************/
int STIsFull(StackType *s)
{
int t;
t=(s->top==MAXLEN);
return t;
}
/**********************清空棧**********************/
void STClear(StackType *s)
{
s->top=0;
}
/********************釋放空間********************/
void STFree(StackType *s)
{
delete s;
}
/**********************入棧***********************/
int PushST(StackType *s,DATA data)
{
if((s->top+1)>MAXLEN)
{
cout<<"棧溢位"<<endl;
return 0;
}
s->data[++s->top]=data; //將元素壓入棧
return 1;
}
/************************出棧***********************/
DATA * PopST(StackType *s)
{
if(s->top==0)
{
cout<<"棧為空,不能再輸出!"<<endl;
exit(0);
}
return &(s->data[s->top--]);
}
/**********************讀取點結構*******************/
DATA *PeekST(StackType *s)
{
if(s->top==0)
{
cout<<"棧已空"<<endl;
exit(0);
}
return &(s->data[s->top]);
}
/*****************進入主函式**********************/
int main()
{
StackType *stack;
DATA data,*p_data;
stack=STInit();
cout<<"===============入棧操作:============="<<endl;
cout<<"輸入姓名 ,年齡進行入棧操作:"<<endl;
//執行入棧操作
while(1)
{
cin>>data.name>>data.age;
if(data.name=="0")
{
break; //當姓名和年齡都是0的時候退出輸入
}else
{
PushST(stack,data);
}
}
p_data=PopST(stack);
cout<<"彈出棧頂元素"<<endl;
cout<<"name:"<<p_data->name<<",age:"<<p_data->age<<endl;
p_data=PeekST(stack);
cout<<"輸出棧頂元素"<<endl;
cout<<"name:"<<p_data->name<<",age:"<<p_data->age<<endl;
cout<<"================將所有的的資料出棧:============="<<endl;
while(1)
{
p_data=PopST(stack);
cout<<"name:"<<p_data->name<<",age:"<<p_data->age<<endl;
}
STFree(stack);
return 0;
}
程式執行介面: