C++ 如何实现顺序栈(使用模板类)

来源：jb51　　时间：2022/7/25 17:15:44　　对本文有异议

一、思路

1.用数组存储栈中的元素；
2.用top保存栈顶的位置；
3.进栈：top加1，然后在数组中的top位置插入x;
4.出栈：top减1

二、遇到问题

1.父类中有函数为纯虚函数，定义子类对象时，出现：“ XXX is an abstract class”

原因：

（a）一定要确保父类所有的纯虚函数都要被实现，否则子类依然不能被实例化；

（b）一定要确保继承的函数和父类声明的虚函数的形参类型与返回值类型一致，否则父类的虚函数没有实例化；

父类：virtual void Push() 会出现 "xxx referenced from"应该是指没有定义

原因这个是虚函数，要在父类里面有定义才行；纯虚函数则不需要在父类中定义

2.重载函数出错：ostream& operator<<(ostream &out, SeqStack<T> &s)

因为：友元函数在其它文件使用和定义（声明和定义、定义和使用在两个不同的文件）要加前置说明

同时要加<T>:

三、实现程序

1.Stack.h:

#ifndef Stack_h
#define Stack_h
 
const int maxSize = 50;
 
template <class T>
class Stack {
public:
    Stack(){}; // 构造函数
    void Push(const T x); // 新元素进栈
    bool Pop(); // 栈顶元素出栈
    virtual bool getTop(T &x) const = 0; // 读取栈顶元素，由x返回
    virtual bool isEmpty() const = 0; // 判断栈空否
    virtual bool isFull() const = 0; // 判断栈满否
    virtual int getSize() const = 0; // 计算栈中元素个数
};
 
#endif /* Stack_h */

2.SeqStack.h

#ifndef SeqStack_h
#define SeqStack_h
#include <iostream>
#include "Stack.h"
using namespace std;
 
const int stackIncreament = 20; // 栈溢出时扩展空间的增量
 
//类的前置声明
template <typename T>
class SeqStack;
 
//友元函数的声明
template <typename T>
ostream& operator<<(ostream &out, SeqStack<T> &s);
 
 
template <class T>
class SeqStack: public Stack<T>
{ // 顺序栈的类定义
public:
    SeqStack(int sz=50); // 构造函数，建立一个空栈
    ~SeqStack(); // 析构函数
    void Push(const T x); // 把x插入到栈顶,如果栈满，进行溢出处理
    bool Pop(); // 如果栈为空，不进行出栈，否则把栈顶元素出栈
    bool getTop(T &x) const; // 返回栈顶元素的值
    bool isEmpty()const; // 判断栈是否为空
    bool isFull()const; // 栈是否满
    int getSize()const; // 返回栈中元素的个数
    void makeEmpty(); // 清空栈的内容
    friend ostream& operator<< <T>(ostream &out, SeqStack<T> &s); // 输出栈中元素的重载操作
private:
    T *elements; // 存放栈中元素的栈数组
    int top; // 栈顶指针
    int maxSize; // 栈最大可容纳的元素个数
    void overflowProcess(); // 栈的溢出处理
};
 
template <class T>
SeqStack<T>::SeqStack(int sz) {
    // 构造函数，建立一个空栈
    top = -1;
    maxSize = sz;
    elements = new T[maxSize]; // 创建栈的数组空间
    if(elements == NULL) {
        cerr << "内存空间分配失败！" << endl;
        exit(1);
    }
}
 
template <class T>
SeqStack<T>::~SeqStack() {
    // 析构函数
    delete []elements;
}
 
template <class T>
void SeqStack<T>::overflowProcess() {
    // 栈的溢出处理
    T *newArray = new T[maxSize + stackIncreament];
    if(newArray == NULL) {
        cerr << "存储空间分配失败！" << endl;
        exit(1);
    }
    // 将elements数组中的值复制到新数组中
    for(int i = 0; i <= top; i++)
        newArray[i] = elements[i];
    maxSize = maxSize + stackIncreament;
    delete []elements;
    elements = newArray; // 复制数组
}
 
template <class T>
void SeqStack<T>::Push(const T x) {
    // 把x插入到栈顶,如果栈满，进行溢出处理
    if(isFull() == true) // 栈满则溢出处理
        overflowProcess();
    elements[++top] = x; // top自增1，并存储x
}
 
template <class T>
bool SeqStack<T>::Pop() {
    // 如果栈为空，不进行出栈，否则把栈顶元素出栈
    if(isEmpty()) // 判断栈空否，若空则返回false
        return false;
    top--; // 栈顶减1，相当于把这个栈顶元素删掉
    return true;
}
 
template <class T>
bool SeqStack<T>::getTop(T &x)const {
    // 返回栈顶元素的值
    if(isEmpty()) // 判断栈空否，若空则返回false
        return false;
    x = elements[top]; // 返回栈顶元素的值
    return true;
}
 
template <class T>
bool SeqStack<T>::isEmpty()const {
   // 判断栈是否为空
    if(top == -1)
        return true;
    return false;
}
 
template <class T>
bool SeqStack<T>::isFull()const {
    // 判断栈是否为空
    if(top == maxSize-1)
        return true;
    return false;
}
 
template <class T>
int SeqStack<T>::getSize()const { // 返回栈中元素的个数
    return top+1;
}
 
template <class T>
void SeqStack<T>::makeEmpty() {
    // 清空栈的内容
    top = -1; // 将top赋值-1，相当于清空数组内容
}
 
template <class T>
ostream& operator<<(ostream &out, SeqStack<T> &s) { // 友元函数
    // 输出栈中元素的重载操作
    out << "top=" << s.top << endl; // 输出栈顶位置
    for(int i = 0; i <= s.top; i++) // 逐个输出栈中元素的值
        out << i << ":" << s.elements[i] << endl;
    return out;
}

3.main.cpp

#include <iostream>
#include "SeqStack.h"
using namespace std;
 
int main(int argc, const char * argv[]) {
    bool finished = false;
    int choice, n, val; // choice：选择
    SeqStack<int> obj;
    
    while(!finished) {
        cout << "\n*********菜单*********\n";
        cout << "1:建栈\n";
        cout << "2:压栈\n";
        cout << "3:出栈\n";
        cout << "4:取栈顶元素的值\n";
        cout << "5:栈是否为空\n";
        cout << "6:栈是否满\n";
        cout << "7:获取栈中元素的个数\n";
        cout << "8:清空栈的内容\n";
        cout << "9:输出栈中的所有元素\n";
        cout << "10:退出\n";
        cout << "请输入选择[1-10]：\n";
        cin >> choice;
        switch(choice) {
            case 1:
                cout << "请输入要进栈的元素个数：";
                cin >> n;
                cout << "请输入要进栈的元素值:" << endl;
                for(int i = 0; i < n; i++) {
                    cin >> val;
                    obj.Push(val);
                }
                break;
            case 2:
                cout << "请输入要进栈的元素值:" << endl;
                cin >> val;
                obj.Push(val);
                break;
            case 3:
                if(obj.Pop())
                    cout << "出栈成功！" << endl;
                else
                    cout << "出栈失败！" << endl;
                break;
            case 4:
                if(obj.getTop(val))
                    cout << "栈顶元素为：" << val << endl;
                else
                    cout << "栈为空！" << endl;
                break;
            case 5:
                if(obj.isEmpty())
                    cout << "栈为空！" << endl;
                else
                    cout << "栈不为空！" << endl;
                break;
            case 6:
                if(obj.isFull())
                    cout << "栈满！" << endl;
                else
                    cout << "栈不满！" << endl;
                break;
            case 7:
                int size;
                size = obj.getSize();
                cout << "栈中的元素个数为：" << size << endl;
                break;
            case 8:
                obj.makeEmpty();
                break;
            case 9:
                cout << obj << endl; // 重载输出<<
                break;
            case 10:
                finished = true;
                break;
            default:
                cout << "输入错误，请重新输入！" << endl;
        } // switch
    } // while
    return 0;
}