链式栈StackT

C++关键词：内部类/模板类/头插

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C++数据结构与算法实现（目录）

栈的内存结构

空栈：

有一个元素的栈：

多个元素的栈：

成员函数说明

0 clear 清空栈

clear 函数负责将栈的对内存释放，成员初始化为初始值，比如指针为空指针，计数成员变量赋0值。

1 copy 从另一个栈拷贝

copy 函数可以给拷贝构造函数调用，也可以被赋值操作调用。

由于拷贝构造函数发生在构造阶段，对象刚刚创建，不可能有内容，而赋值操作符就不一定了。

对象被赋值的时候，可能已经有元素了，所以这时候copy 内部需要先调用 clear 成员函数来清空自己管理的堆内存。让对象重新回到一个空的栈状态。

2 pop 弹出栈顶元素

pop 执行的时候，不需要检查栈是否为空。用户应该去调用 empty来检查栈是否为空。

或者用户确定调用pop的时候栈是不可能为空的，这样就避免了不必要的代码的执行。

这样做的注意目的是为了效率，类的接口各司其职，分工明确。

接口与测试用例

#include <iostream>
#include <iomanip>

//------下面的代码是用来测试你的代码有没有问题的辅助代码，你无需关注------
#include <algorithm>
#include <cstdlib>
#include <iostream> 
#include <vector>
#include <utility>
using namespace std;
struct Record { Record(void* ptr1, size_t count1, const char* location1, int line1, bool is) :ptr(ptr1), count(count1), line(line1), is_array(is) { int i = 0; while ((location[i] = location1[i]) && i < 100) { ++i; } }void* ptr; size_t count; char location[100] = { 0 }; int line; bool is_array = false; bool not_use_right_delete = false; }; bool operator==(const Record& lhs, const Record& rhs) { return lhs.ptr == rhs.ptr; }std::vector<Record> myAllocStatistic; void* newFunctionImpl(std::size_t sz, char const* file, int line, bool is) { void* ptr = std::malloc(sz); myAllocStatistic.push_back({ ptr,sz, file, line , is }); return ptr; }void* operator new(std::size_t sz, char const* file, int line) { return newFunctionImpl(sz, file, line, false); }void* operator new [](std::size_t sz, char const* file, int line)
{
    return newFunctionImpl(sz, file, line, true);
}void operator delete(void* ptr) noexcept { Record item{ ptr, 0, "", 0, false }; auto itr = std::find(myAllocStatistic.begin(), myAllocStatistic.end(), item); if (itr != myAllocStatistic.end()) { auto ind = std::distance(myAllocStatistic.begin(), itr); myAllocStatistic[ind].ptr = nullptr; if (itr->is_array) { myAllocStatistic[ind].not_use_right_delete = true; } else { myAllocStatistic[ind].count = 0; }std::free(ptr); } }void operator delete[](void* ptr) noexcept { Record item{ ptr, 0, "", 0, true }; auto itr = std::find(myAllocStatistic.begin(), myAllocStatistic.end(), item); if (itr != myAllocStatistic.end()) { auto ind = std::distance(myAllocStatistic.begin(), itr); myAllocStatistic[ind].ptr = nullptr; if (!itr->is_array) { myAllocStatistic[ind].not_use_right_delete = true; } else { myAllocStatistic[ind].count = 0; }std::free(ptr); } }
#define new new(__FILE__, __LINE__)
struct MyStruct { void ReportMemoryLeak() { std::cout << "Memory leak report: " << std::endl; bool leak = false; for (auto& i : myAllocStatistic) { if (i.count != 0) { leak = true; std::cout << "leak count " << i.count << " Byte" << ", file " << i.location << ", line " << i.line; if (i.not_use_right_delete) { cout << ", not use right delete. "; }	cout << std::endl; } }if (!leak) { cout << "No memory leak." << endl; } }~MyStruct() { ReportMemoryLeak(); } }; static MyStruct my; void check_do(bool b, int line = __LINE__) { if (b) { cout << "line:" << line << " Pass" << endl; } else { cout << "line:" << line << " Ohh! not passed!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!" << " " << endl; exit(0); } }
#define check(msg)  check_do(msg, __LINE__);
//------上面的代码是用来测试你的代码有没有问题的辅助代码，你无需关注------


//2020-07-09
template<typename T>
class Stack
{
public:
    Stack(void);
    Stack(const Stack& _stack);
    Stack& operator=(const Stack& _stack);
    ~Stack(void);

public:
    inline const T& top(void) const;
    inline bool empty(void) const;
    inline size_t size(void) const;
    void push(const T& _item);
    void pop(void);
    void clear(void);
private:
    void copy(const Stack& stack1);
private:
    struct CStackitem
    {
    public:
        CStackitem(void);
        CStackitem(const T& _data, CStackitem* next = nullptr);
    public:
        CStackitem(CStackitem& _item) = delete;// =  delete 表示禁止编译器生成默认版本的函数，主要用来禁止该类型对象拷贝
        CStackitem& operator=(CStackitem& _item) = delete;
    public:
        CStackitem* next = nullptr;//这里的初始化会在所有构造函数执行之前先执行，所以构造函数里就不用再对该成员初始化了
        T data;
    };
private:
    CStackitem m_head;//注意这里不是指针类型
    size_t m_size = 0;
};

template<typename T>
Stack<T>::CStackitem::CStackitem(void)
//(1) your code 对1个成员变量初始化

{
}

template<typename T>
Stack<T>::CStackitem::CStackitem(const T& _data, CStackitem* _next)
    :data(_data), next(_next)
{
}
template<typename T>
Stack<T>::Stack(void)
//(3) your code 对1个成员变量初始化

{
}

template<typename T>
Stack<T>::Stack(const Stack& _stack)
{
    //(4) your code  使用 copy 即可

}

template<typename T>
Stack<T>& Stack<T>::operator=(const Stack& _stack)
{
    //(5) your code 记得判断同一个对象赋值给自己

    return *this;
}

template<typename T>
Stack<T>::~Stack(void)
{
    clear();
}
template<typename T>
bool Stack<T>::empty(void) const
{
    return m_size == 0;
}
template<typename T>
void Stack<T>::pop(void)
{
    //(9) your code 注意对象获取成员用"."操作符，指针获取成员用"->"操作符




}
template<typename T>
void Stack<T>::clear(void)
{
    //(6) your code 可以利用 pop 来实现


}
template<typename T>
void Stack<T>::copy(const Stack& from)
{
    //(7) your code 请先使用 clear ，再遍历链表来实现







}
template<typename T>
size_t Stack<T>::size(void) const
{
    return m_size;
}
template<typename T>
void Stack<T>::push(const T& item)
{
    //(8) your code， 注意 这样写新创建的节点 CStackitem* p = new CStackitem(item, first);




}
template<typename T>
const T& Stack<T>::top(void) const
{
    return m_head.next->data;
}

int main(int argc, char** argv)
{
    Stack<int> stack1;
    check(stack1.size() == 0);
    stack1.push(1);
    check(stack1.size() == 1);
    auto stack2 = stack1;
    auto top = stack2.top();
    check(top == 1);
    check(stack2.size() == 1);
    stack1 = stack2;// 1 and 1
    stack1.push(2);// 2 1
    top = stack2.top();
    check(top == 1);
    check(stack1.size() == 2);
    check(stack1.top() == 2);
    stack1.clear();
    check(stack1.size() == 0 && stack1.empty());
    for (size_t i = 0; i < 10; i++)
    {
        stack1.push(i);
    }
    while (!stack1.empty())
    {
        std::cout << stack1.top() << " ";
        stack1.pop();
    }
    cout << endl;
    check(stack1.size() == 0 && stack1.empty());
    //copy constructor
    {
        Stack<int> from;
        from.push(1);
        from.push(2);
        Stack<int> to(from);

        check(to.size() == 2);
        check(to.top() == 2);
        to.pop();
        check(to.top() == 1);
        to.pop();
        check(to.empty());
    }
}

输出：

line:155 Pass
line:157 Pass
line:160 Pass
line:161 Pass
line:165 Pass
line:166 Pass
line:167 Pass
line:169 Pass
9 8 7 6 5 4 3 2 1 0
line:180 Pass
line:188 Pass
line:189 Pass
line:191 Pass
line:193 Pass
Memory leak report:
No memory leak.

还没完！

现在我们来思考一个更具价值的问题：栈有必要重新实现一次吗？答案是否定的。

回忆我们之前的工作，我们实现了动态数组vector和链表list，这两个容器都支持在末尾增加和删除元素。

这正是栈的功能。

也就是说我们其实已经实现过栈了。

我们可以直接把动态数组和链表替换任何需要栈的地方，只不过类型的名字还不叫栈而异。

那么我们该怎么做才比较好呢？

那就是利用已经实现的容器包装出另一个容器。具体做法就是，假如我们打算用链表来实现栈（当然用数组实现也是类似的）。

可以把一个链表对象作为栈的成员变量。

对栈的操作都通过栈的成员函数转发给这个链表来做。

这种做法的好处：

（1）稳定！稳定！稳定！