C++中棧結構建立和操作

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數組來作為棧，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：

即使用鏈表的的形式儲存棧中各元素的值。鏈表首部（head指標所指向元素）為棧頂，鏈表尾部（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 50struct DATA{string name;int age;};struct StackType{DATA data[MAXLEN+1];int top;};

定義棧結構的長度MAXLEN，棧結構的資料元素類型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，表示棧為空白，當top=MAXLEN時表示棧滿。

數組元素都是充下標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。

範例程式碼如下：

StackType *STInit(){StackType *p;if(p=new StackType)//申請棧空間 {p->top=0;//設定棧頂為0return 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白，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。

範例程式碼如下：

int STIsEmpty(StackType *s){int t;t=(s->top==0);//通過棧頂的值進行判斷return t; }

輸入參數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，判斷棧是否為空白。

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。

範例程式碼如下：

int STIsFull(StackType *s){int t;t=(s->top==MAXLEN);return t; }

輸入參數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。 範例程式碼如下：

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，以後再添加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。

範例程式碼如下：

void STFree(StackType *s){delete s;} 

在程式中直接調用delete運算子釋放已指派的記憶體空間。一般在不需要使用棧結構時調用該函數，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，則表示溢出，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。

範例程式碼如下:

int PushST(StackType *s,DATA data){if((s->top+1)>MAXLEN){cout<<"棧溢出"<<endl;return 0;}s->data[++s->top]=data;//將元素壓入棧 return 1;}

輸入參數s為一個指向操作的棧的指標，輸入參數data是需要入棧的資料元素。程式首先判斷棧是否溢出，如果溢出就給出警告，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資料元素，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<<"棧為空白，不能再輸出！"<<endl;exit(0);}return &(s->data[s->top--]);} 

當棧中有資料時，該函數返回值是一個指向DATA類型資料的指標。

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網站的資料。

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。

範例程式碼如下：

DATA *PeekST(StackType *s){if(s->top==0){cout<<"棧已空"<<endl;exit(0);}return &(s->data[s->top]);}

對比出棧的範例程式碼，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.

完整樣本

下面是棧的基本操作的完整樣本：

程式碼：

#include<iostream>#include<string>using namespace std;#define MAXLEN 50struct 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0return 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<<"棧溢出"<<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<<"棧為空白，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]);}/*****************進入主函數**********************/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;} 

程式運行介面：