链栈的建立是基于链表而不是数组。基于链表的栈相对于基于数组的栈提供了两个优点:
本节将可以看到一个链栈类 DynlntStack,该类的声明如下所示:
//DynIntStack.h 的内容
class DynlntStack
{
struct StackNode
{
int value;
StackNode *next;
// Constructor
StackNode(int value1, StackNode *next1 = nullptr)
{
value = value1; next = next1;
}
};
StackNode *top;
public:
DynlntStack() { top = nullptr; }
~DynlntStack();
void push(int);
void pop(int &);
bool isEmpty() const;
// Stack Exception
class Underflow {};
};
StackNode 类是链表中每个结点的数据类型。因为在链表的开始处添加和删除项目都很容易,所以将链表的开头作为栈顶,并使用 top 指针指向链表中的第一个结点。这个指针被栈构造函数初始化为 nullptr,表示栈被创建为空。链栈没有静态分配的数组要填充,所以不会有溢出的异常。但是,该类会定义一个 underflow 异常,当 pop 函数被调用而栈为空时就会抛出该异常。
DynIntStack 栈类的成员函数如下所示:
//DynIntStack.cpp 的内容
#include <iostream>
#include "DynIntStack.h"
#include <cstdlib>
using namespace std;
void DynIntStack::push(int num)
top = new StackNode(num, top);
}
void DynIntStack::pop(int &num)
{
StackNode *temp;
if (isEmpty()) { throw DynIntStack::Underflow(); }
else {
// Pop value off top of stack
num = top->value;
temp = top;
top = top->next;
delete temp;
}
}
bool DynIntStack::isEmpty() const
{
return top == nullptr;
}
DynIntStack::~DynIntStack()
{
StackNode * garbage = top;
while (garbage != nullptr)
{
top = top->next;
garbage->next = nullptr;
delete garbage;
garbage = top;
}
}
push 函数特别简单。它只是创建一个新的结点,结点的值就是要 push 到栈上的数字,其后继指针是当前栈顶的结点,然后使新创建的结点成为栈的新顶部:
请注意,即使栈在 push 操作之前为空,以上语句也能正常工作,因为在这种情况下,栈顶部新结点的后继指针将被正确设置为 nullptr。
接下来看一看 pop 函数。就像 push 函数必须在链表头部插入结点一样,pop 函数也必须删除链表头部的结点。首先,该函数调用 isEmpty 来确定栈中是否有任何结点。如果没有,则拋出一个异常:
if (isEmpty())
{
throw DynlntStack::Underflow();
}
如果 isEmpty 返回 false,则执行以下语句:
else //弹出栈顶的值
{
num = top->value;
temp = top;
top = top->next;
delete temp;
}
首先,栈顶结点的 value 成员的副本将保存在 num 引用形参中,然后临时指针 temp 被设置为指向要删除的结点,即当前位于栈顶的结点。接下来将 top 指针设置为指向当前栈顶结点之后的结点。如果当前位于栈顶的结点之后没有结点,则相同的代码会将 top 设置为 nullptr,然后就可以通过临时指针安全地删除栈顶结点。
下面的程序是一个驱动模块程序,它演示了 DynlntStack 类:
// This program demonstrates the dynamic stack class DynIntStack.
#include <iostream>
#include "DynIntStack.h"
using namespace std;
int main()
{
DynIntStack stack;
int popped_value;
// Push values 5, 10, and 15 on the stack
for (int value = 5; value <= 15; value = value + 5)
{
cout << "Push: " << value << "\n";
stack.push(value);
}
cout << "\n";
// Pop three values
for (int k = 1; k <= 3; k++)
{
cout << "Pop: ";
stack.pop(popped_value);
cout << popped_value << endl;
}
// Stack is now empty, a pop will cause an exception
try
{
cout << "\nAttempting to pop again...";
stack.pop(popped_value);
}
catch (DynIntStack::Underflow)
{
cout << "Underflow exception occured.\n";
}
return 0;
}
程序输出结果:
该程序将创建一个栈并且将 3 个值压入该栈,所有这 3 个值随后又被弹出栈并打印。第 4 次(最后一次)调用 pop 执行出栈操作时,栈已经是空的了,所以拋出了一个异常。程序会捕获异常和打印一条消息。