C++中棧結構建立與操作詳細解析

什麼是棧結構

棧結構是從數據的運算來分類的，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，然後再取出裏面的貨物。

而從數據的邏輯結構來看，棧結構起始就是一種線性結構。

如果從數據的存儲結構來進一步劃分，棧結構包括兩類：
順序棧結構：

即使用一組地址連續的內存單元依次保存棧中的數據。在程序中，可以定義一個指定大小的結構數組來作爲棧，序號爲0的元素就是棧低，再定義一個變量top保存棧頂的序號即可。
鏈式棧結構：

即使用鏈表的的形式保存棧中各元素的值。鏈表首部（head指針所指向元素）爲棧頂，鏈表尾部（指向地址爲NULL）爲棧底。

在棧結構中只能在一端進行操作，該操作端稱爲棧頂，另一端稱爲棧底。也就是說，保存和取出的數據都只能從棧結構的一端進行。從數據的運算角度來分析，棧結構是按照“後進先出”的原則處理結點數據的。

在棧結構中，只有棧頂元素是可以訪問的，棧結構的數據運算也是非常簡單。一般棧結構的基本操作只有兩個：

入棧（Push）：將數據保存到棧頂的操作。進行入棧操作前，先修改棧頂指針，使其向上移一個元素位置，然後將數據保存到棧頂指針所指的位置。

出棧（Pop）：將棧頂數據彈出的操作。通過修改棧頂指針，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
準備數據

準備在棧操作中需要用到的變量及數據結構等。

複製代碼 代碼如下:

#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，棧結構的數據元素類型DATA，以及棧結構的數據結構StackType。在數據結構StackType中，data爲數據元素，top爲棧頂的序號。當top=0時，表示棧爲空，當top=MAXLEN時表示棧滿。

數組元素都是充下標0開始的，這裏爲了講述和理解方便，我們從下標1開始記錄數據結點，下標0的位置不用。
初始化棧結構

在使用棧結構之前，首先需要創建一個空的順序棧，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指定大小申請一片內存空間，用來保存棧中的數據

（2）設置棧頂指針的值爲0，表示一個空棧。

示例代碼如下：

複製代碼 代碼如下:

StackType *STInit()
{
 StackType *p;
 if(p=new StackType)   //申請棧空間
 {
  p->top=0;     //設置棧頂爲0
  return p;     //返回棧頂指針
 } 
 return NULL; 
}

首先用new申請內存，然後設置棧頂爲0，然後返回申請內存的首地址，申請失敗返回NULL;

判斷空棧

判斷棧結構是否爲空，如果是空棧，則表示該棧結構中沒有數據，此時可以進行入棧操作，但是不可以進行出棧操作。

示例代碼如下：

複製代碼 代碼如下:

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爲一個指向操作的棧的指針。根據棧頂指針top判斷是否爲0，判斷棧是否爲空。

判斷滿棧

判斷棧結構是否爲滿。如果是滿棧，則表示該棧結構中沒有多餘的空間來保存額外數據。此時不可以進行入棧操作，但是可以進行進棧操作。

示例代碼如下：

複製代碼 代碼如下:

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

輸入參數s爲一個指向操作的棧的指針。根據棧頂指針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數據被清除。 示例代碼如下：

複製代碼 代碼如下:

void STClear(StackType *s)
{
 s->top=0;
}

將棧頂指針top設置爲0，表示執行清空棧操作。（這裏只是邏輯上將棧中數據清空，實際上只是將top設置爲0，以後再添加數據會覆蓋原來的數據）

釋放空間

釋放空間是釋放棧結構所佔用的內存單元，使用delete釋放用new運算符申請的內存空間。

示例代碼如下：

複製代碼 代碼如下:

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

在程序中直接調用delete運算符釋放已分配的內存空間。一般在不需要使用棧結構時調用該函數，特別是在程序結束的時候。

入棧

入棧（Push）是棧結構的基本操作，主要操作是將數據元素保存到棧結構。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）設置top=top+1(棧頂指針加1，指向入棧地址)

（3）將入棧呀U尿素保存到top指向的位置。

示例代碼如下:

複製代碼 代碼如下:

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爲一個指向操作的棧的指針，輸入參數data是需要入棧的數據元素。程序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，否則修改棧頂指針，即top先加1，然後將data放到top現在指向的數據單元。

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，則表示爲恐慌在哪，進行出錯處理。否則執行下面的操作。

（2）將棧頂指針top所指向的位置的元素返回（實際是返回的指針）

（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。

複製代碼 代碼如下:

DATA * PopST(StackType *s)
{
 if(s->top==0)
 {
  cout<<"棧爲空，不能再輸出！"<<endl;
  exit(0);
 }
 return &(s->data[s->top--]);
}

當棧中有數據時，該函數返回值是一個指向DATA類型數據的指針。

讀取點結構

讀取點結構也就是讀取棧結構中結點的數據。由於棧結構只能在一端進行操作，因此這裏的讀操作其實就是讀站點的數據。

需要注意的是，讀節點數據的操作和出棧操作不同。讀結點操作僅僅是顯示棧頂結點數據的內容，而出棧操作則將棧頂數據彈出。

示例代碼如下：

複製代碼 代碼如下:

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

對比出棧的示例代碼，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：

程序代碼：

複製代碼 代碼如下:

#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;     //設置棧頂爲0
  return p;     //返回棧頂指針
 } 
 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<<"棧爲空，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<<"================將所有的的數據出棧：============="<<endl;
 while(1)
 {
  p_data=PopST(stack);
  cout<<"name:"<<p_data->name<<",age:"<<p_data->age<<endl;
 }
 STFree(stack);
 return 0;

} 

程序運行界面：