C语言利用模板实现简单的栈类

概述

本文介绍如何利用C语言中的模板来实现一个简单的栈类，使用者可以通过该类方便地进行基本的栈操作，比如入栈、出栈、查看栈顶元素等。

设计思路

栈是一种后进先出的数据结构，本文中我们采用单向链表的形式来实现栈，每个节点存储一个数据元素，同时每个节点还有个指向下一个节点的指针。栈的主要操作为入栈、出栈、查看栈顶元素，我们在代码中实现这些操作，同时通过模板形式定义栈类，使得栈可以处理不同类型的数据。

具体实现

首先，我们定义链表节点结构体 StackNode，如下：

template<typename T>
struct StackNode {
    T data;
    StackNode<T>* next;
    StackNode(T value) : data(value), next(NULL) {}
};

结构体包含一个模板类型的数据成员 data，一个指向下一个节点的指针成员 next，以及一个构造函数用于初始化数据成员。

接着，我们定义栈类 Stack，如下：

template<typename T>
class Stack {
public:
    Stack();
    ~Stack();
    bool empty() const;
    int size() const;
    void push(const T& value);
    void pop();
    T& top();
private:
    StackNode<T>* m_top;
    int m_size;
};

栈类包含一个指向栈顶节点的指针成员 m_top，以及一个整型成员 m_size 用于记录栈中元素的数量。其中，构造函数用于初始化指针成员和整型成员；析构函数用于释放栈中所有节点的内存，避免内存泄漏；空函数 empty 用于判断栈是否为空，如果栈为空则返回 true，否则返回 false；整型函数 size 用于返回栈的元素数量；函数 push 用于将元素入栈；函数 pop 用于将栈顶元素出栈；函数 top 用于返回栈顶元素的值。这些函数的具体实现如下：

template<typename T>
Stack<T>::Stack() : m_top(NULL), m_size(0) {}

template<typename T>
Stack<T>::~Stack() {
    StackNode<T>* current = m_top;
    while (current) {
        StackNode<T>* temp = current;
        current = current->next;
        delete temp;
    }
}

template<typename T>
bool Stack<T>::empty() const {
    return m_size == 0;
}

template<typename T>
int Stack<T>::size() const {
    return m_size;
}

template<typename T>
void Stack<T>::push(const T& value) {
    StackNode<T>* node = new StackNode<T>(value);
    node->next = m_top;
    m_top = node;
    ++m_size;
}

template<typename T>
void Stack<T>::pop() {
    if (m_size == 0) {
        return;
    }
    StackNode<T>* node = m_top;
    m_top = m_top->next;
    delete node;
    --m_size;
}

template<typename T>
T& Stack<T>::top() {
    return m_top->data;
}

最后，在代码中使用该栈类时，比如可以创建一个整型元素的栈并进行一些基本操作，示例如下：

#include <iostream>
#include "Stack.h"

int main() {
    Stack<int> s;
    std::cout << s.empty() << std::endl; // 输出 1
    s.push(1);
    s.push(2);
    s.push(3);
    std::cout << s.top() << std::endl; // 输出 3
    s.pop();
    std::cout << s.top() << std::endl; // 输出 2
    std::cout << s.size() << std::endl; // 输出 2
    return 0;
}

总结

本文介绍了如何利用C语言中的模板来实现一个简单的栈类，实现了栈的基本操作，同时通过模板形式定义栈类，使得栈可以处理不同类型的数据。读者可以根据需求进一步扩展栈类的功能。