C/C++数据结构之用链表实现栈

概述

在前一篇文章中，我们已经用数组实现了栈。在本篇文章中，我们将使用链表来实现栈。使用链表的优点是：动态增长，扩容时更加平滑。缺点是：略微复杂，需要额外管理所有节点。栈相关的操作，仍然是下面5个接口。

Push：向栈中添加一个元素。

Pop：从栈中移除顶部元素，并返回该元素。

Top：查看栈顶元素但不移除它。

IsEmpty：检查栈是否为空。

Size：获取栈中元素的数量。

实现原理

我们使用一个带头指针的单链表来实现栈。其中，栈顶对应链表的头部，栈底对应链表的尾部。有一个指针始终指向当前栈顶节点，即链表的第一个节点，每次插入/删除都在链表头部进行。这样做的好处是：所有栈操作只需要修改头指针即可，效率非常高。

在下面栈CLinkedListStack的实现中，我们声明了一个成员变量m_pTop。m_pTop代表栈顶，指向单链表的第一个节点。

cpp 复制代码

class CLinkedListStack
{
public:
    CLinkedListStack();
    ~CLinkedListStack();

    void Push(int nValue);
    int Pop();

    int Top();
    bool IsEmpty();
    int Size();

private:
    // 定义链表节点结构
    struct Node
    {
        int nData;
        struct Node* pNext;
    };

    Node* m_pTop;
};

Push操作

入栈就是在链表的头部插入一个新节点，详细步骤如下。

1、创建一个新节点。

2、新节点的pNext指向当前栈顶。

3、更新栈顶为新节点。

具体如何实现，可参考下面的示例代码。

cpp 复制代码

void CLinkedListStack::Push(int nValue)
{
    Node* pNode = new Node();
    pNode->nData = nValue;
    pNode->pNext = m_pTop;
    m_pTop = pNode;
}

Pop操作

出栈就是删除链表头部节点，并返回其值，详细步骤如下。

1、如果栈为空，抛出异常。

2、取出栈顶节点的值，保存为临时变量。

3、将栈顶指针下移一位。

4、释放旧节点的内存。

5、返回上面的临时变量。

具体如何实现，可参考下面的示例代码。

cpp 复制代码

int CLinkedListStack::Pop()
{
    if (IsEmpty())
    {
        throw underflow_error("stack is empty");
    }

    Node* pTemp = m_pTop;
    int nValue = pTemp->nData;
    m_pTop = m_pTop->pNext;
    delete pTemp;
    return nValue;
}

完整实现

Top操作、IsEmpty操作、Size操作都比较简单，这里就不再赘述了。CLinkedListStack类的完整实现，可参考下面的示例代码。

cpp 复制代码

#include <iostream>
#include <stdexcept>

using namespace std;

CLinkedListStack::CLinkedListStack() : m_pTop(NULL)
{
    NULL;
}

CLinkedListStack::~CLinkedListStack()
{
    while (!IsEmpty())
    {
        Pop();
    }
}

void CLinkedListStack::Push(int nValue)
{
    Node* pNode = new Node();
    pNode->nData = nValue;
    pNode->pNext = m_pTop;
    m_pTop = pNode;
}

int CLinkedListStack::Pop()
{
    if (IsEmpty())
    {
        throw underflow_error("stack is empty");
    }

    Node* pTemp = m_pTop;
    int nValue = pTemp->nData;
    m_pTop = m_pTop->pNext;
    delete pTemp;
    return nValue;
}

int CLinkedListStack::Top()
{
    if (IsEmpty())
    {
        throw underflow_error("stack is empty");
    }

    return m_pTop->nData;
}

bool CLinkedListStack::IsEmpty()
{
    return m_pTop == NULL;
}

int CLinkedListStack::Size()
{
    int nSize = 0;
    Node* pTemp = m_pTop;
    while (pTemp != NULL)
    {
        ++nSize;
        pTemp = pTemp->pNext;
    }

    return nSize;
}

int main()
{
    CLinkedListStack s;
    s.Push(66);
    s.Push(77);
    s.Push(88);

    cout << "Top element: " << s.Top() << endl;
    cout << "Pop: " << s.Pop() << endl;
    cout << "Pop: " << s.Pop() << endl;
    cout << "Current size: " << s.Size() << endl;
    cout << "Is empty: " << (s.IsEmpty() ? "True" : "False") << endl;
    return 0;
}