數據結構 實驗4 順序棧的基本操作及應用

實驗內容：

　　實驗4、順序棧的基本操作及應用 

　　（1）實驗目的

　　　　通過該實驗，讓學生掌握棧的相關基本概念，認識棧是插入和刪除集中在一端進行的線性結構，掌握棧的“先入后出”操作特點。棧在進行各類操作時，棧底指針固定不動，掌握棧空、棧滿的判斷條件。

　　（2）實驗內容

　　　　用順序存儲結構，實現教材定義的棧的基本操作，提供數制轉換功能，將輸入的十進制整數轉換成二進制、八進制或十六進制。

　　（3）參考界面

　　菜單中包括以下功能：

　　　　1.初始化棧，2.銷毀棧，3.清空棧，4.棧判空，5.求棧長度，6.獲取棧頂元素，7.插入一個 元素，8.刪除一個元素，9輸出所有元素，10進制轉換。

　　要求：自定義的函數中不允許出現提示語和輸出語句。

　　（4）驗收/測試用例

　　通過菜單調用各個操作，測試點：

　　　　l 沒有初始化前進行其他操作，程序是否能控制住；

　　　　l 初始化一個棧；

　　　　l 判棧空，屏幕顯示棧為空；

　　　　l 3個數入棧， 2、4、6；

　　　　l 棧長度，屏幕輸出3；

　　　　l 取棧頂元素，再判棧空，然后再判棧長度。讓學生知道取棧頂元素不改變棧中的內容，棧頂指針不發生改變；

　　　　l 出棧，再判棧長度和輸出棧中內容；（多次出棧，直到棧為空；再出棧，是否提示棧為空）

　　　　l 銷毀棧，再做其他操作，判斷程序是否能控制；

　　　　數制轉換，（允許用戶輸入想把十進制轉換成幾進制），然后靈活的轉換成對應的進制。

實驗環境：

　　VS2019

設計思想

　　1.設置主函數類main.cpp進行菜單的展示和執行，設置頭文件stuck.h存放函數和構造體聲明，設置功能函數類stuck.cpp存放功能函數；

　　2.每個函數調用前判斷棧是否初始化，個別函數之后仍需判斷棧是否為空；

　　3.菜單展示和執行使用while循環，每次循環前進行清屏，提高用戶體驗；

　　4.進制轉換：

          可以進行十以內進制包括十六進制的轉換，在進行十六進制轉換輸出時，判斷元素＞9則輸出相應的字母，否則直接輸出；程序使用過后釋放內存； 增加對輸入數為0的判斷；

　　5.直接退出程序先調用銷毀函數釋放內存空間；

二、主要源代碼

main.cpp

#include "stack.h" //引入自定義頭文件
int main()
{
    Stuck stuck;
    stuck.base = NULL;
    Stuck trans_stuck;        //進制轉換所需棧
    trans_stuck.base = NULL;
    int position;
    while (true)
    {
        system("cls");
        cout << "歡迎使用本程序" << endl;
        cout << "1. 初始化棧" << endl;
        cout << "2. 銷毀棧" << endl;
        cout << "3. 清空棧" << endl;
        cout << "4. 棧判空" << endl;
        cout << "5. 求棧長度" << endl;
        cout << "6. 獲取棧頂元素" << endl;
        cout << "7. 插入一個元素" << endl;
        cout << "8. 刪除一個元素" << endl;
        cout << "9. 輸出所有的元素" << endl;
        cout << "10.進制轉換" << endl;
        cout << "請輸入指令完成操作" << endl;
        cin >> position;
        if (position < 0)
        {
            cout << "謝謝您的使用" << endl;
            destoryStuck(stuck);          //結束時釋放棧內存空間
            break;
        }
        switch (position)
        {
        case 1:
            if (stuck.base)
            {
                cout << "請進行銷毀操作后再初始化" << endl;
            }
            else
            {
                initializeStuck(stuck);
                if (stuck.base)
                    cout << "初始化成功" << endl;
                else
                    cout << "初始化失敗" << endl;
            }
            system("pause"); break;
        case 2:
            if (stuck.base)
            {
                destoryStuck(stuck);
                if (stuck.base)
                    cout << "銷毀失敗" << endl;
                else
                    cout << "銷毀成功" << endl;
            }
            else
            {
                cout << "請初始化后再進行銷毀" << endl;
            }
            system("pause"); break;
        case 3:
            if (stuck.base)
            {
                emptyStuck(stuck);
                if (ifEmpty(stuck))
                    cout << "清空失敗" << endl;
                else
                    cout << "清空成功" << endl;
            }
            else
            {
                cout << "請初始化后再進行清空操作" << endl;
            }
            system("pause"); break;
        case 4:
            if (stuck.base)
            {
                if (ifEmpty(stuck))
                    cout << "棧不為空" << endl;
                else
                    cout << "棧為空" << endl;
            }
            else
            {
                cout << "請初始化后再進行此操作" << endl;
            }
            system("pause"); break;
        case 5:
            if (stuck.base)
            {
                
                cout << "該棧的長度為： " <<(stuck.top - stuck.base) << endl;
            }
            else
            {
                cout << "請初始化后再進行此操作" << endl;
            }
            system("pause"); break;
        case 6:
            if (stuck.base)
            {
                if(ifEmpty(stuck))
                {
                    cout << " 棧頂元素為：" << getTop(stuck) << endl;
                }
                else
                    cout << "請插入元素后再進行此操作" << endl;
            }
            else
                cout << "請初始化后再進行此操作" << endl;
            system("pause"); break;
        case 7:
            if (stuck.base)
            {
                if((stuck.top-stuck.base)==stuck.stacksize)
                { 
                    cout << "棧已滿，正在申請新的內存空間" << endl;
                    stuck.base = (element*)realloc(stuck.base,(STACKINCREMENT + STACK_INIT_SIZE) * sizeof(element));
                    if (stuck.base)
                    {
                        stuck.top = stuck.stacksize + stuck.base;
                        stuck.stacksize += STACKINCREMENT;
                    }
                    else
                    {
                        cout << "申請失敗，請聯系管理員" << endl;
                    }
                }
                else {
                    element elem;
                    cout << "請輸入要插入的元素" << endl;
                    cin >> elem;
                    insertElem(stuck,elem);
                }
            }
            else
                cout << "請初始化后再進行此操作" << endl;
            system("pause"); break;
        case 8:
            if (stuck.base)
            {
                if (ifEmpty(stuck))
                    deleteElem(stuck);
                else {
                    cout<< "請添加元素后再進行刪除操作" << endl;
                }
            }
            else
            {
                cout << "請初始化后再進行此操作" << endl;
            }
            system("pause"); break;
        case 9:
            if (stuck.base)
            {
                if (ifEmpty(stuck))
                {
                    cout << "目前元素為：" << endl;
                    printElem(stuck);
                }
                else
                    cout << "棧為空" << endl;
            }
            else
                cout << "請初始化后再進行此操作" << endl;
            system("pause"); break;
        case 10:
            int num;
            int num_system;
            initializeStuck(trans_stuck); 
                cout << "請輸入要轉換的十進制數： " << endl;
                cin >> num;
                cout << "請輸入要轉換的數制" << endl;
                cin >> num_system;
                if(num == 0)           //判斷輸入數為0的情況
                    cout<<num << "的" << num_system << "進制為：" <<0<< endl;
                else if ((num_system > 10 && num_system != 16) || num_system < 2) 
                {
                    cout << "暫時不支持此進制的轉換" << endl;
                }
                else
                {
                    cout << num << "的" << num_system << "進制為：" << endl;
                    initializeStuck(trans_stuck);
                    while (num != 0)
                    {
                        int remainder = num % num_system;  
                        insertElem(trans_stuck, remainder);//將余數壓入棧中
                        num = num / num_system;            
                    }
                    if (num_system == 16)      //當轉換進制為16時
                    { 
                        while (trans_stuck.base != trans_stuck.top)
                        {
                            int choice = *(--trans_stuck.top);
                            switch (choice)
                            {
                            case 10:cout << "A"; break;
                            case 11:cout << "B"; break;
                            case 12:cout << "C"; break;
                            case 13:cout << "D"; break;
                            case 14:cout << "E"; break;
                            case 15:cout << "F"; break;
                            default:cout << choice; break;
                            }
                        }
                    }
                    else
                    printElem(trans_stuck);
                }
                destoryStuck(trans_stuck); //釋放內存空間
                system("pause"); break;
        }
    }
}

studck.h

#pragma once
#include <iostream>
using namespace std;
#define STACK_INIT_SIZE 100  
#define STACKINCREMENT 10
typedef int element;
typedef struct 
{
    element *base;    //棧底指針
    element *top;     //棧頂指針
    int stacksize;    // 當前已分配的存儲空間
}Stuck;
void initializeStuck(Stuck &stuck); //初始化
void destoryStuck(Stuck& stuck);    //銷毀
void emptyStuck(Stuck& stuck);      //清空
bool ifEmpty(Stuck stuck);          //判斷是否為空
element getTop(Stuck stuck);        //獲取棧頂元素
void insertElem(Stuck& stuck,element elem);      //插入元素
void deleteElem(Stuck& stuck);      //刪除元素
void printElem(Stuck stuck);      //輸出所有元素

stuck.cpp

#include "stack.h"   //引入頭文件
//1 初始化棧
void initializeStuck(Stuck& stuck)
{
    stuck.base = (element*)malloc(STACK_INIT_SIZE * sizeof(element));
    stuck.top = stuck.base;
    stuck.stacksize = STACK_INIT_SIZE;
}
// 2 銷毀棧
void destoryStuck(Stuck& stuck)
{
    free(stuck.base);
    stuck.stacksize = 0;
    stuck.top = NULL;
    stuck.base = NULL;
}
// 3 清空棧
void emptyStuck(Stuck& stuck)
{
    stuck.top = stuck.base;
}
// 4 判斷棧是否為空
bool ifEmpty(Stuck stuck)
{
    if (stuck.top == stuck.base)
        return false;
    else
        return true;
}
// 6 獲取棧頂元素
element getTop(Stuck stuck)
{
    /*int pos = (stuck.top - stuck.base) - 1; 
    return stuck.base[pos];*/
    return *(--stuck.top);
}
// 7 插入元素
void insertElem(Stuck& stuck, element elem)
{
    //較麻煩，不推薦使用已注釋的方法
    /*int pos = stuck.top - stuck.base;
    stuck.base[pos] = elem;
    stuck.top++;*/
    *(stuck.top++) = elem;
}
// 8 刪除元素
void deleteElem(Stuck& stuck)
{
    stuck.top--;
}
// 9 輸出所有元素
void printElem(Stuck stuck)
{
    while (stuck.base != stuck.top)
    {
        cout << *(--stuck.top) << " ";
    }
    cout << endl;
    //這種方法也可以使用，二者先選其一即可；
    /*for (int i = 0; i < (stuck.top - stuck.base); i++)
    {
        cout << stuck.base[i] << " ";
    }
    cout << endl;*/
}

實驗結果總結

 

 

 

 

 

 

 在未進行初始化前不可進行其它操作

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 初始化后棧為空，長度為0，不可獲取棧頂元素也不能進行刪除操作，輸出元素則會提示棧為空；

 

 

插入兩個數

 

 

 

 求棧長

 

 輸出當前元素

 

 

 

 刪除一個元素並檢查棧長，輸出所有元素

 

 獲取棧頂元素

 

 

銷毀棧

 

 

 

 

 

 數制轉換測試

 

 輸入負數退出程序（忘記在菜單中添加了，加上下面這條語句：cout << "輸入負數退出程序" << endl;）

 實驗結果的運用：

　　1.熟悉了順序棧的基本操作和運行原理；

　　2.對於16進制轉換時，可以在輸出時進行處理，因此並不妨礙進棧操作的進行；

　　3.在進行出棧操作時進行棧是否為空的判斷，同時進棧時考慮分配的空間滿的情況下，進行內存擴容。

 

 

進行實驗時參考了以下內容：

 https://blog.csdn.net/qq_24654501/article/details/109273418?ops_request_misc=&request_id=&biz_id=102&utm_term=%E7%94%A8%E9%A1%BA%E5%BA%8F%E5%AD%98%E5%82%A8%E7%BB%93%E6%9E%84%EF%BC%8C%E5%AE%9E%E7%8E%B0%E6%95%99%E6%9D%90%E5%AE%9A%E4%B9%89%E7%9A%84%E6%A0%88%E7%9A%84%E5%9F%BA%E6%9C%AC%E6%93%8D%E4%BD%9C%EF%BC%8C%E6%8F%90%E4%BE%9B%E6%95%B0%E5%88%B6%E8%BD%AC%E6%8D%A2%E5%8A%9F%E8%83%BD&utm_medium=distribute.pc_search_result.none-task-blog-2~all~sobaiduweb~default-0-109273418.pc_search_result_hbase_insert&spm=1018.2226.3001.4187