棧是一種后進先出（LIFO）的數據結構，它只允許在一端（稱為棧頂）進行插入和刪除操作。在C++中，我們可以使用數組來實現棧的基本功能。本文將介紹如何使用C++數組來實現一個簡單的棧，并通過代碼示例詳細解釋棧的基本操作。

一、棧的基本概念

棧（Stack）是一種特殊的線性數據結構，它具有以下特性：

• 只能在棧頂進行插入和刪除操作。
• 棧是后進先出（Last In First Out, LIFO）的數據結構。

棧的基本操作包括：

• push：在棧頂插入一個元素。
• pop：刪除并返回棧頂的元素。
• top：返回棧頂的元素，但不刪除。
• isEmpty：檢查棧是否為空。

二、使用C++數組實現棧

在C++中，數組是一種內置的數據結構，我們可以使用它來模擬棧的行為。下面我將詳細解析這個代碼中的每個部分：

1.類定義

class Stack {  
private:  
    int topIndex; // 棧頂索引，-1表示?？? 
    const int maxSize; // 棧的最大容量，由構造函數設置并保持不變  
    int* stackArray; // 指向整數數組的指針，該數組用于存儲棧中的元素  
  
public:  
    // ... 構造函數、析構函數和成員函數  
};

private部分定義了三個成員變量：topIndex（棧頂索引）、maxSize（棧的最大容量）和stackArray（指向棧數組的指針）。

public部分定義了構造函數、析構函數和棧的基本操作函數。

2.構造函數

Stack(int size) : maxSize(size), topIndex(-1) {  
    stackArray = new int[maxSize];  
}

構造函數接收一個整數size作為參數，并初始化maxSize和topIndex。

使用new運算符動態分配一個整數數組，其大小為maxSize，并讓stackArray指向它。

3.析構函數

~Stack() {  
    delete[] stackArray;  
}

析構函數在對象被銷毀時調用，用于釋放stackArray指向的動態分配的內存。

4.入棧操作（push）

void push(int value) {  
    if (topIndex >= maxSize - 1) {  
        throw std::out_of_range("Stack is full!");  
    }  
    stackArray[++topIndex] = value;  
}

首先檢查棧是否已滿（topIndex >= maxSize - 1）。

如果棧未滿，則先將topIndex加1，然后在新的topIndex位置存儲value。

5.出棧操作（pop）

int pop() {  
    if (isEmpty()) {  
        throw std::out_of_range("Stack is empty!");  
    }  
    return stackArray[topIndex--];  
}

首先調用isEmpty函數檢查棧是否為空。

如果棧非空，則返回當前topIndex位置的元素，并將topIndex減1。

6.查看棧頂元素（top）

int top() const {  
    if (isEmpty()) {  
        throw std::out_of_range("Stack is empty!");  
    }  
    return stackArray[topIndex];  
}

同樣先檢查棧是否為空。

如果棧非空，則返回當前topIndex位置的元素，但不修改topIndex。

7.檢查棧是否為空（isEmpty）

bool isEmpty() const {  
    return topIndex == -1;  
}

如果topIndex等于-1，則棧為空，返回true；否則返回false。

8.主函數（main）

int main() {  
    try {  
        Stack stack(5); // 創建一個容量為5的棧實例  
  
        // ... 執行棧操作，包括push、pop和top  
  
    } catch (const std::out_of_range& e) {  
        std::cerr << "Error: " << e.what() << std::endl;  
        return 1;  
    }  
  
    return 0;  
}

在main函數中，使用try-catch塊來捕獲可能由棧操作拋出的std::out_of_range異常。

創建一個Stack對象，并對其進行一系列操作，包括入棧、出棧和查看棧頂元素。

總結

這個簡單的棧實現使用C++數組作為底層數據結構，并通過封裝提供了棧的基本操作接口。它遵循棧的后進先出（LIFO）原則，并通過異常處理機制提供了錯誤檢查。在實際應用中，這種數據結構對于需要按照特定順序處理元素的場景非常有用。