C++ для начинающих

4.15. Пример: реализация класса Stack

Описывая операции инкремента и декремента, для иллюстрации применения их префиксной и постфиксной формы мы ввели понятие стека. Данная глава завершается примером реализации класса iStack – стека, позволяющего хранить элементы типа int.
Как уже было сказано, с этой структурой возможны две основные операции – поместить элемент (push) и извлечь (pop) его. Другие операции позволяют получить информацию о текущем состоянии стека – пуст он (empty()) или полон (full()), сколько элементов в нем содержится (size()). Для начала наш стек будет предназначен лишь для элементов типа int. Вот объявление нашего класса:

#include <vector>
class iStack {
public:
  iStack( int capacity )
  : _stack( capacity ), _top( 0 ) {}
  bool pop( int &va1ue );
  boot push( int value );
  bool full();
  bool empty();
  void display();
  int size();

private:
  int _top;
  vector< int > _stack;
};

В данном случае мы используем вектор фиксированного размера: для иллюстрации использования префиксных и постфиксных операций инкремента и декремента этого достаточно. (В главе 6 мы модифицируем наш стек, придав ему возможность динамически меняться.)
Элементы стека хранятся в векторе _stack. Переменная _top содержит индекс первой свободной ячейки стека. Этот индекс одновременно представляет количество заполненных ячеек. Отсюда реализация функции size(): она должна просто возвращать текущее значение _top.

inline int iStack::size() { return _top; };

empty() возвращает true, если _top равняется 0; full() возвращает true, если _top равен _stack.size()-1 (напомним, что индексация вектора начинается с 0, поэтому мы должны вычесть 1).

inline bool iStack::empty() { return _top ? false : true; }
inline bool iStack::full() {
   return _top < _stack.size()-l ? false : true;
}

Вот реализация функций pop() и push(). Мы добавили операторы вывода в каждую из них, чтобы следить за ходом выполнения:

bool iStack::pop( int &top_va1ue ) {
   if ( empty() )
     return false;
  top_value = _stack[ --_top ];
  cout << "iStack::pop(): " << top_value << endl;
  
  return true;
}

bool iStack::push( int value ) {
  cout << "iStack::push( " << value << " )\n";
  if ( full() )
    return false;
  _stack[ _top++ ] = value;
  return true;
}

Прежде чем протестировать наш стек на примере, добавим функцию display(), которая позволит напечатать его содержимое. Для пустого стека она выведет:

 ( 0 )

Для стека из четырех элементов – 0, 1, 2 и 3 – результатом функции display() будет:

( 4 )( bot: 0 1 2 3 :top )

Вот реализация функции display():

void iStack::display() {
   cout << "( " << size() << " )( bot: ";
   for ( int ix = 0; ix < _top; ++ix )
   cout << _stack[ ix ] << " ";
   cout << " :top )\n";
}

А вот небольшая программа для проверки нашего стека. Цикл for выполняется 50 раз. Четное значение (2, 4, 6, 8 и т.д.) помещается в стек. На каждой итерации, кратной 5 (5, 10, 15...), распечатывается текущее содержимое стека. На итерациях, кратных 10 (10, 20, 30...), из стека извлекаются два элемента и его содержимое распечатывается еще раз.

#inc1ude <iostream>
#inc1ude "iStack.h"
int main() {
   iStack stack( 32 ) ;
   stack.display();
   for ( int ix = 1; ix < 51; ++ix )
   {
      if ( ix%2 == 0 )
      stack.push( ix );
      if ( ix%5 == 0 )
         stack.display();
      if ( ix%10 == 0 ) {
         int dummy;
         stack.pop( dummy ); stack.pop( dummy );
         stack.display();
      }
   }

Вот результат работы программы:

( 0 )( bot: :top )
iStack push( 2 )
iStack push( 4 )
( 2 )( bot: 2 4 :top )
iStack push( 6 )
iStack push( 8 )
iStack push ( 10 )
( 5 )( bot: 2 4 6 8 10 :top )
iStack pop(): 10
iStack pop(): 8
( 3 )( bot: 2 4 6 :top )
iStack push( 12 )
iStack push( 14 )
( 5 )( bot: 2 4 6 12 14 :top )
iStack::push( 16 )
iStack::push( 18 )
iStack::push( 20 )
( 8 )( bot: 2 4 6 12 14 16 18 20 :top )
iStack::pop(): 20
iStack::pop(): 18
( 6 )( bot: 2 4 6 12 14 16 :top )
iStack::push( 22 )
iStack::push( 24 )
( 8 )( bot: 2 4 6 12 14 16 22 24 :top )
iStack::push( 26 )
iStack::push( 28 )
iStack::push( 30 )
( 11 )( bot: 2 4 6 12 14 16 22 24 26 28 30 :top )
iStack::pop(): 30
iStack::pop(): 28
( 9 )( bot: 2 4 6 12 14 16 22 24 26 :top )
iStack::push( 32 )
iStack::push( 34 )
( 11 )( bot: 2 4 6 12 14 16 22 24 26 32 34 :top )
iStack::push( 36 )
iStack::push( 38 )
iStack::push( 40 )
( 14 )( bot: 2 4 6 12 14 16 22 24 26 32 34 36 38 40 :top )
iStack::рор(): 40
iStack::popQ: 38
( 12 )( bot: 2 4 6 12 14 16 22 24 26 32 34 36 :top )
iStack::push( 42 )
iStack::push( 44 )
( 14 )( bot: 2 4 6 12 14 16 22 24 26 32 34 36 42 44 :top )
iStack::push( 46 )
iStack::push( 48 )
iStack::push( 50 )
( 17 )( bot: 2 4 6 12 14 16 22 24 26 32 34 36 42 44 46 48 50 :top )
iStack::pop(): 50
iStack::pop(): 48
( 15 )( bot: 2 4 6 12 14 16 22 24 26 32 34 36 42 44 46 :top )

Упражнение 4.23

Иногда требуется операция peek(), которая возвращает значение элемента на вершине стека без извлечения самого элемента. Реализуйте функцию peek() и добавьте к программе main() проверку работоспособности этой функции.

Упражнение 4.24

В чем вы видите два основных недостатка реализации класса iStack? Как их можно исправить?

Содержание